Los científicos disiparon las expectativas sobre las perspectivas uso de baterías de litio-metal de estado sólido baterías de litio-lantano-óxido de circonio (LLZO), que se esperaba se convirtieran en un prometedor sustituto de las tradicionales baterías de iones de litio.
Un estudio realizado por investigadores de la Universidad de Tohoku señala que las ventajas de densidad energética de las baterías de litio-metal. Las baterías de tipo granate podrían estar muy sobrevaloradas. Los investigadores descubrieron que una batería de litio-metal en estado sólido que utiliza un electrolito basado en óxido de litio-lantano-circonio alcanza una densidad energética gravimétrica de sólo 272 Wh/kg, que es sólo ligeramente superior a la de las modernas baterías de iones de litio (250-270 Wh/kg). Al mismo tiempo, dados los elevados costes de producción y las dificultades técnicas asociadas a la fabricación de LLZO, los investigadores aconsejan prestar atención a los electrolitos compuestos y de estado casi sólido como alternativas más prácticas.
«Las baterías de litio-metal de estado totalmente sólido se han considerado durante mucho tiempo el futuro del almacenamiento de energía, pero nuestros resultados muestran que los diseños basados en LLZO pueden no ofrecer el salto de densidad energética esperado Incluso en un escenario ideal, las mejoras son marginales, y los problemas de producción y costes siguen siendo importantes», — explica el autor principal del estudio e investigador del WPI-AIMR de la Universidad de Tohoku Eric Jianfeng Cheng.
Las baterías de litio-metal de estado sólido están ampliamente consideradas como la tecnología más prometedora de la próxima generación de baterías debido a su capacidad para proporcionar mayor seguridad y eficiencia energética. El óxido de litio-lantano-circonio es uno de los electrolitos sólidos mejor estudiados, con gran estabilidad y capacidad para conducir iones de litio con eficacia.
Sin embargo, los resultados de la modelización detallada de muestras prácticas basadas en LLZO han demostrado que, incluso cuando se utilizan separador cerámico ultrafino de 25 micras y cátodo de alta capacidad, El rendimiento de la batería es sólo ligeramente superior al de las baterías tradicionales de iones de litio más eficientes. Una de las cuestiones clave del estudio, que centró la atención de los investigadores, fue la densidad del LLZO, que aumenta el peso total y reduce los beneficios energéticos esperados. Aunque la densidad de energía volumétrica alcanza aproximadamente 823 Wh/L, el peso y el coste adicionales del LLZO dificultan su viabilidad Además, también se señala la fragilidad del material y la dificultad de producir láminas finas sin defectos y problemas con las dendritas de litio y los huecos en el borde.
«El LLZO es un material excelente en términos de estabilidad, pero sus limitaciones mecánicas y costes de peso suponen serios obstáculos para su comercialización», — afirma Eric Jianfeng Cheng.
Como alternativa, los investigadores proponen estudiar planteamientos alternativos combinando LLZO con otros materiales. Por ejemplo, un ámbito prometedor la clave del futuro del óxido de litio-circonio es incorporarlo a polímeros que conserven una elevada conductividad iónica al tiempo que aumentan la flexibilidad y la procesabilidad. Otra opción son los electrolitos de estado casi sólido, que requieren una pequeña cantidad de electrolito líquido para mejorar la conductividad iónica y la integridad estructural.
«En lugar de centrarnos en una batería de estado sólido totalmente cerámica, tenemos que replantearnos nuestro enfoque Combinando LLZO con electrolitos poliméricos o en gel, podemos mejorar la procesabilidad, reducir el peso y seguir manteniendo un alto rendimiento», — afirma Eric Jianfeng Cheng.
Los resultados del estudio se publicaron en Energy Storage Materials
Fuente: SciTechDaily
Spelling error report
The following text will be sent to our editors: