Investigadores del Laboratorio Nacional Oak Ridge (ORNL) de Estados Unidos estudian el uso de un polímero para crear una película delgada, resistente y elástica para impulsar las baterías de estado sólido de próxima generación para vehículos eléctricos y otros dispositivos. También buscan minimizar el aglutinante de polímero, ya que mejora la calidad de la película pero reduce la conducción de iones.
Las láminas pueden permitir la producción escalable de futuras baterías de estado sólido con electrodos de mayor densidad energética. Al separar los electrodos negativos y positivos, evitarían cortocircuitos eléctricos peligrosos y proporcionarían vías de alta conducción para el movimiento de iones, lo que generaría una mayor seguridad, rendimiento y densidad energética en comparación con las baterías actuales que utilizan electrolitos líquidos.
Los investigadores señalan que su desarrollo podría al menos duplicar el almacenamiento de energía a 500 Wh por kilogramo. El principal objetivo de los investigadores es desarrollar membranas electrolíticas de estado sólido de 30 micrómetros o menos de espesor para almacenar más energía en baterías de iones de litio para que los vehículos eléctricos, entre otros sistemas, puedan funcionar durante mucho más tiempo antes de tener que recargarse.
La investigación, publicada en ACS Energy Letters, mejora una invención anterior del ORNL al optimizar el aglutinante de polímero para su uso con electrolitos de estado sólido de sulfuro como parte de los esfuerzos en curso para establecer protocolos para seleccionar y procesar materiales.
Almacenamiento de próxima generación
El objetivo de este estudio fue encontrar un espesor de película ideal para favorecer tanto la conducción de iones como la resistencia estructural. El electrolito de estado sólido de sulfuro tiene una conductividad iónica comparable a la del electrolito líquido, que se utiliza actualmente en las baterías de iones de litio. Los investigadores descubrieron que el peso molecular del aglutinante polimérico es crucial para crear películas duraderas de electrolitos de estado sólido. Además, se necesita menos aglutinante de cadena larga para fabricar una buena película conductora de iones.
Los investigadores realizaron microscopía electrónica de barrido y espectroscopía de rayos X por dispersión de energía para caracterizar la composición elemental y la estructura microscópica de la película delgada, y realizaron mediciones en la fuente de luz de radiación sincrotrón de Stanford para revelar la morfología de las partículas del cátodo. Estas técnicas avanzadas de caracterización permitieron examinar los detalles de la lámina de electrolito de estado sólido de sulfuro para mejorar la capacidad del electrolito para conducir iones de manera efectiva y mantener su estabilidad.
Ahora, el equipo de investigación construirá un dispositivo que pueda integrar una película delgada en electrodos negativos y positivos de próxima generación para probarlo en condiciones prácticas de batería. Después prevén asociarse con investigadores de la industria, el mundo académico y el gobierno para desarrollar y probar la película en otros dispositivos.