Una solución líquida para el crecimiento de dendritas en baterías de metal litio

El equipo del profesor asociado Wan Jiandi del Departamento de Ingeniería Química de la Universidad de California en Davis ha publicado un nuevo artículo en la revista Scientific Progress, proponiendo una posible solución para el crecimiento dendrítico en baterías recargables de metal litio. En este artículo, el equipo de Wan demostró que los iones que fluyen cerca del cátodo pueden mejorar la seguridad y la vida útil de las baterías recargables de próxima generación.

Las baterías de litio metálico utilizan litio metálico como ánodo. Estas baterías tienen una alta densidad de carga y una energía potencial que es el doble que la de las baterías tradicionales de iones de litio, pero la seguridad es una preocupación importante. Cuando se cargan, algunos iones se reducen a litio metálico en la superficie del cátodo y forman microestructuras dendríticas irregulares, las dendritas, que eventualmente pueden provocar cortocircuitos o incluso explosiones.

La teoría es que la competencia entre la tasa de transferencia de masa y la tasa de reducción de los iones de litio cerca de la superficie del cátodo conduce al crecimiento de dendritas. Cuando la tasa de reducción de iones es mucho más rápida que la transferencia de masa, se generará un espacio neutro llamado capa cargada de espacio cerca del cátodo, que no contiene iones. Se cree que la inestabilidad de esta capa conduce al crecimiento de dendritas, por lo que reducirla o eliminarla puede reducir el crecimiento de dendritas, extendiendo así la vida útil de la batería.

La idea de Wan es permitir que los iones recuperen carga y cancelen esta brecha a través de un canal de microfluidos a través del cátodo. En el artículo, el equipo describió su prueba de concepto y descubrió que este flujo de iones puede reducir el crecimiento de dendritas hasta en un 99%.

Para Wan, este estudio es apasionante porque demuestra la eficacia de las aplicaciones de microfluidos en cuestiones relacionadas con las baterías y allana el camino para futuras investigaciones en este campo.

"A través de esta investigación básica y métodos de microfluidos, podemos comprender cuantitativamente el impacto del flujo en el crecimiento dendrítico", dijo. "No muchos grupos han realizado investigaciones sobre esto todavía".

Aunque es poco probable integrar microfluidos directamente en una batería real, el equipo de Wan está buscando métodos alternativos para aplicar los principios básicos de este estudio mediante la introducción de un flujo local cerca de la superficie del cátodo para compensar los cationes y eliminar la capa de carga espacial.

Dijo: "Estamos encantados de explorar nuevas aplicaciones de esta investigación". "Hemos comenzado a diseñar superficies catódicas para introducir la convección".