Inicio > Prensa > Progreso hacia baterías de metal de litio de carga rápida: al cultivar cristales de litio uniformes en una superficie sorprendente, los ingenieros de UC San Diego abren una nueva puerta a las baterías de metal de litio de carga rápida
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| En esta imagen SEM, cristales grandes y uniformes de metal de litio crecen en una superficie que es sorprendente porque no le "gusta" el litio. Los investigadores de baterías de UC San Diego descubrieron que los cristales de metal de litio se pueden iniciar (nuclear) y crecer, de manera rápida y uniforme, en capas densas de metal de litio que carecen de dendritas que degradan el rendimiento. En un artículo de Nature Energy publicado el 9 de febrero de 2023, los investigadores de baterías de UC San Diego demostraron que esta formación sorpresa de semillas de cristal de litio conduce a capas densas de litio incluso a altas tasas de carga, lo que da como resultado baterías de metal de litio de larga duración. que también se puede cargar rápido. Este descubrimiento supera un fenómeno común en las baterías de metal de litio recargables en las que la carga de alta velocidad siempre conduce a litio poroso y ciclos de vida cortos. Al reemplazar las superficies de cobre omnipresentes en el lado negativo (el ánodo) de las baterías de metal de litio con esta superficie litiófoba hecha de fluoruro de litio y hierro, los investigadores han abierto una nueva vía para crear baterías de metal de litio más confiables, seguras y de mayor rendimiento. . CRÉDITO Zhaohui Wu y Zeyu Hui / Universidad de California en San Diego |
Abstracto:
En un nuevo artículo de Nature Energy, los ingenieros informan sobre el progreso hacia las baterías de metal de litio que se cargan rápidamente, tan rápido como en una hora. Esta carga rápida se debe a los cristales de metal de litio que se pueden sembrar y hacer crecer, de manera rápida y uniforme, en una superficie sorprendente. El truco consiste en utilizar una superficie de cultivo de cristales que al litio oficialmente no le “gusta”. A partir de estos cristales semilla crecen densas capas de metal de litio uniforme. Las capas uniformes de metal de litio son de gran interés para los investigadores de baterías porque carecen de picos que degradan el rendimiento de la batería llamados dendritas. La formación de estas dendritas en los ánodos de las baterías es un obstáculo de larga data para las baterías de metal de litio ultra densas en energía de carga rápida.
Progreso hacia baterías de metal de litio de carga rápida: al cultivar cristales de litio uniformes en una superficie sorprendente, los ingenieros de UC San Diego abren una nueva puerta a las baterías de metal de litio de carga rápida
San Diego, CA | Publicado el 10 de febrero de 2023
Este nuevo enfoque, dirigido por ingenieros de la Universidad de California en San Diego, permite cargar baterías de metal de litio en aproximadamente una hora, una velocidad que es competitiva frente a las baterías de iones de litio actuales. Los ingenieros de UC San Diego, en colaboración con los investigadores de imágenes de UC Irvine, publicaron este avance destinado a desarrollar baterías de metal de litio de carga rápida el 9 de febrero de 2023 en Nature Energy.
Para hacer crecer los cristales de metal de litio, los investigadores reemplazaron las superficies de cobre omnipresentes en el lado negativo (el ánodo) de las baterías de metal de litio con una superficie de nanocompuesto litiófobo hecha de fluoruro de litio (LiF) y hierro (Fe). Usando esta superficie litiófoba para la deposición de litio, se formaron semillas de cristal de litio, y de estas semillas crecieron densas capas de litio, incluso a altas tasas de carga. El resultado fueron baterías de metal de litio de larga vida útil que se pueden cargar rápidamente.
"La superficie nanocompuesta especial es el descubrimiento", dijo el profesor de nanoingeniería de la UC San Diego, Ping Liu, autor principal del nuevo artículo. “Desafiamos la noción tradicional de qué tipo de superficie se necesita para hacer crecer cristales de litio. La sabiduría predominante es que el litio crece mejor en superficies que le gustan, superficies que son litiófilas. En este trabajo, mostramos que no siempre es cierto. Al sustrato que utilizamos no le gusta el litio. Sin embargo, proporciona abundantes sitios de nucleación junto con un rápido movimiento de litio en la superficie. Estos dos factores conducen al crecimiento de estos hermosos cristales. Este es un buen ejemplo de una visión científica que resuelve un problema técnico”.
El nuevo avance liderado por nanoingenieros de UC San Diego podría eliminar un obstáculo importante que está frenando el uso generalizado de baterías de metal de litio densas en energía para aplicaciones como vehículos eléctricos (EV) y dispositivos electrónicos portátiles. Si bien las baterías de metal de litio tienen un gran potencial para vehículos eléctricos y dispositivos electrónicos portátiles debido a su alta densidad de carga, las baterías de metal de litio actuales deben cargarse muy lentamente para mantener el rendimiento de la batería y evitar problemas de seguridad. La carga lenta es necesaria para minimizar la formación de dendritas de litio que destruyen el rendimiento de la batería y que se forman cuando los iones de litio se unen a los electrones para formar cristales de litio en el lado del ánodo de la batería. Los cristales de litio se acumulan a medida que la batería se carga y los cristales de litio se disuelven a medida que la batería se descarga.
Ping Liu es el director del Centro de Energía y Energía Sostenible (SPEC) en la Escuela de Ingeniería UC San Diego Jacobs, donde también se desempeña como profesor en el Departamento de Nanoingeniería.
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