Científicos del Instituto de Tecnología y Ingeniería de Materiales en Ningbo han desarrollado una nueva membrana electrolítica de Li6PS5Cl delgada y han investigado sus propiedades electroquímicas en baterías de estado sólido de litio. Este importante descubrimiento en el campo ha sido publicado en la revista Energy Material Advances.
Uno de los desafíos a los que se enfrentan los investigadores es la creación de capas muy delgadas de electrolito de sulfuro de estado sólido. Aunque el electrolito de sulfuro es relativamente fácil de densificar mediante prensado en frío, las membranas suelen tener un grosor mayor a 500 μm. La capa de electrolito gruesa y pesada reduce la densidad de energía deseada.
El profesor Xiayin Yao del Instituto de Tecnología y Ingeniería de Materiales en Ningbo explicó que la naturaleza frágil del electrolito de sulfuro también es un problema, ya que a menudo provoca grietas durante los ciclos de carga y descarga de la batería. Esto resulta en una vida útil reducida de la batería y el riesgo de cortocircuitos.
Para abordar estos desafíos, los científicos utilizaron una técnica de recubrimiento húmedo para lograr membranas electrolíticas delgadas de Li6PS5Cl. El uso de polímeros de unión con electrolitos de sulfuro de estado sólido resultó ser una solución prometedora, ya que permite la creación de capas de electrolito mecánicamente fuertes.
Sin embargo, encontrar disolventes y polímeros de unión adecuados que sean químicamente estables al estar en contacto con el electrolito de sulfuro es crucial. Los investigadores consideran la compatibilidad de los electrolitos de sulfuro y los disolventes, así como su capacidad para adaptarse a los cambios volumétricos durante los ciclos de la batería.
Los estudios revelaron que la aplicación de la nueva técnica de recubrimiento dio como resultado membranas electrolíticas de Li6PS5Cl autosostenidas con una conductividad iónica excepcionalmente alta (1.23 mS cm−1) a temperatura ambiente. Las pruebas de batería demostraron que estas membranas electrolíticas delgadas pueden ser utilizadas en baterías de estado sólido de litio, capaces de soportar 1000 ciclos a 0.2 C y a una temperatura de 60°C.
La nueva técnica de recubrimiento de membranas electrolíticas de Li6PS5Cl abre nuevas posibilidades para producir electrolitos ultradelgados para baterías de estado sólido de litio. Para seguir desarrollando y mejorando esta tecnología, la investigación está financiada por el Programa Nacional de Investigación y Desarrollo Clave en China, así como por otras iniciativas científicas a nivel nacional y regional.
Referencia:
Zhao, X., et al. (2024). Stable Binding-Enhanced Thin Sulfide Electrolyte Membranes for Lithium Solid-State Batteries. Energy Material Advances. doi.org/10.34133/energymatadv.0074
Preguntas frecuentes:
1. ¿Cuál es el descubrimiento significativo realizado por los científicos del Instituto de Tecnología y Ingeniería de Materiales en Ningbo?
Los científicos han desarrollado una nueva membrana electrolítica delgada de Li6PS5Cl y han investigado sus propiedades electroquímicas en baterías de estado sólido de litio.
2. ¿Qué desafíos enfrentan los científicos en relación con el electrolito de sulfuro de estado sólido?
Uno de los desafíos es crear una capa muy delgada de electrolito de sulfuro con alta densidad de energía.
3. ¿Es fácil densificar el electrolito de sulfuro?
El electrolito de sulfuro es relativamente fácil de densificar mediante prensado en frío.
4. ¿Qué problemas están asociados al electrolito de sulfuro?
El electrolito de sulfuro es frágil y a menudo se agrieta durante los ciclos de carga y descarga de la batería, lo que reduce la vida útil de la batería y aumenta el riesgo de cortocircuitos.
5. ¿Qué soluciones emplearon los científicos para superar los desafíos?
Los científicos utilizaron una técnica de recubrimiento húmedo para lograr membranas electrolíticas delgadas de Li6PS5Cl utilizando polímeros de unión con electrolitos de sulfuro de estado sólido.
6. ¿Qué parámetros son importantes para elegir disolventes y polímeros de unión?
Los investigadores consideran la compatibilidad de los electrolitos de sulfuro y los disolventes, así como su capacidad para adaptarse a los cambios volumétricos durante los ciclos de la batería.
7. ¿Cuáles fueron los resultados de la investigación?
Los resultados mostraron que la nueva técnica de recubrimiento permitió la producción de membranas electrolíticas de Li6PS5Cl ultradelgadas con una alta conductividad iónica (1.23 mS cm-1) a temperatura ambiente. Las pruebas de batería demostraron que estas membranas electrolíticas delgadas pueden soportar 1000 ciclos a 0.2 C y a una temperatura de 60°C.
8. ¿Qué posibilidades abre la nueva técnica de recubrimiento de membranas electrolíticas de Li6PS5Cl?
La nueva técnica permite la producción de electrolitos ultradelgados para baterías de estado sólido de litio.
9. ¿Qué investigación se está financiando para desarrollar aún más esta tecnología?
La investigación está financiada por el Programa Nacional de Investigación y Desarrollo Clave en China, así como por otras iniciativas científicas a nivel nacional y regional.
Diccionario:
– Electrolito: Una sustancia que conduce corriente eléctrica a través de una reacción iónica electroquímica.
– Membrana: Capa delgada o aplicación que separa diferentes sustancias o áreas.
– Sulfuro: Compuestos que contienen azufre en su composición.
– Conductividad iónica: La capacidad de una sustancia para conducir corriente eléctrica a través del movimiento de iones.
– Ciclos de carga y descarga: Procesos de carga y descarga de las baterías.
Enlaces sugeridos:
– Página principal del Instituto de Tecnología y Ingeniería de Materiales en Ningbo
– Energy Material Advances (https://www.energy-materials.org/)