Los vehículos eléctricos EV son muy prometedores para nuestro futuro sostenible y de eficiencia energética, pero entre sus limitaciones está la falta de una batería de alta densidad de energía y de larga duración que reduzca la necesidad de repostar en viajes de larga distancia.es cierto para las casas durante apagones y fallas en la red eléctrica: aún no existen baterías pequeñas y eficientes capaces de alimentar una casa durante más de una noche sin electricidad. Las baterías de litio de próxima generación que ofrecen peso ligero, duradero y bajoEl almacenamiento de energía de costo podría revolucionar la industria, pero ha habido una serie de desafíos que han impedido una comercialización exitosa.
Un problema importante es que, si bien los ánodos de metal de litio recargables juegan un papel clave en el funcionamiento de esta nueva ola de baterías de litio, durante el funcionamiento de la batería son altamente susceptibles al crecimiento de dendritas, microestructuras que pueden provocar peligrosos cortocircuitos,prendiéndose fuego e incluso explotando.
Investigadores de Columbia Engineering informan hoy que han descubierto que los aditivos de metales alcalinos, como los iones de potasio, pueden prevenir la proliferación de la microestructura de litio durante el uso de la batería. Usaron una combinación de microscopía, resonancia magnética nuclear similar a una resonancia magnética ymodelado para descubrir que agregar pequeñas cantidades de sal de potasio a un electrolito de batería de litio convencional produce una química única en la interfaz litio / electrolito. El estudio se publica hoy en línea en Informes de células sobre ciencias físicas y en la edición impresa del 18 de noviembre.
"Específicamente, encontramos que los iones de potasio mitigan la formación de compuestos químicos indeseables que se depositan en la superficie del metal de litio y evitan el transporte de iones de litio durante la carga y descarga de la batería, lo que en última instancia limita el crecimiento microestructural", dice la asistente del investigador principal del equipo Lauren Marbella.profesor de ingeniería química.
El descubrimiento de su equipo de que los aditivos de metales alcalinos suprimen el crecimiento de compuestos no conductores en la superficie del metal de litio difiere de los enfoques tradicionales de manipulación de electrolitos, que se han centrado en depositar polímeros conductores en la superficie del metal. El trabajo es uno de los primeros enen profundidad de la química de la superficie del litio metálico mediante RMN, y demuestra el poder de esta técnica para diseñar nuevos electrolitos para el litio metálico.Los resultados de Marbella se complementaron con cálculos de la teoría funcional de la densidad DFT realizados por colaboradores del grupo Viswanathan en ingeniería mecánica.en la Universidad Carnegie Mellon.
"Los electrolitos comerciales son un cóctel de moléculas cuidadosamente seleccionadas", señala Marbella. "Utilizando la RMN y las simulaciones por computadora, finalmente podemos comprender cómo estas fórmulas únicas de electrolitos mejoran el rendimiento de las baterías de metal de litio a nivel molecular. Esta información, en última instancia, brinda a los investigadores las herramientasnecesitan optimizar el diseño del electrolito y habilitar baterías estables de metal de litio ".
El equipo ahora está probando aditivos de metales alcalinos que detienen la formación de capas superficiales perjudiciales en combinación con aditivos más tradicionales que fomentan el crecimiento de capas conductoras en el metal de litio. También están utilizando activamente la RMN para medir directamente la velocidad de transporte de litio a través deesta capa.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad de Columbia . Original escrito por Holly Evarts. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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