Hacer que las baterías funcionen sin presión externa

Laboratorio de Almacenamiento y Conversión de Energía de UC San Diego / Diyi Cheng

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Un equipo de investigadores de baterías dirigido por la Universidad de California en San Diego y la Universidad de Chicago ha diseñado un material llamado oxinitruro de fósforo y litio (LiPON) que, en pruebas funcionales de baterías, se ha descubierto que promueve una deposición electroquímica de metal litio uniformemente densa bajo cero. presión externa.

Así se desprende de un comunicado de prensa de las instituciones publicado el jueves.

“LiPON es un electrolito de estado sólido de película delgada que conduce iones de litio y es muy prometedor para combinarse con una amplia gama de materiales de electrodos para la industria de baterías de litio del futuro. Sin embargo, los métodos existentes para producir LiPON han impedido que los investigadores comprendan completamente el material. Ahora, el equipo ha encontrado una forma de producir este prometedor electrolito de estado sólido en una forma independiente que permite estudiar LiPON de forma más exhaustiva”, señala el comunicado de prensa.

"El nuevo enfoque para fabricar LiPON también ha abierto la puerta al uso de este electrolito de estado sólido para permitir baterías de estado sólido de metal litio que podrían funcionar bajo una presión externa mínima".

Los científicos también concibieron una nueva metodología para producir películas LiPON de forma independiente mediante la creación de una película LiPON (FS-LiPON) independiente, flexible y transparente, compatible con una amplia gama de técnicas espectroscópicas. Este método arrojó nuevos conocimientos, propiedades térmicas y propiedades mecánicas.

El equipo de investigación también implementó la nueva versión independiente del electrolito de estado sólido en pruebas de baterías funcionales, informando que la película delgada FS-LiPON promueve una deposición electroquímica de metal litio uniformemente densa bajo presión externa cero. Este resultado ofrece sugerencias valiosas sobre la ingeniería de interfaces en baterías de estado sólido a granel.

Las baterías de película delgada basadas en LiPON tienen muchas aplicaciones en diversos campos, como los dispositivos portátiles y otros dispositivos electrónicos compactos con un mercado gigantesco. "La película FS-LiPON producida en este trabajo permitió debates en profundidad sobre la química interfacial, la difusión de iones y la ingeniería de interfaces, que arrojaron luz tanto sobre los fundamentos como sobre las aplicaciones de los materiales LiPON, y podrían beneficiar el desarrollo de baterías de estado sólido de litio en muchos maneras”, señaló el comunicado de prensa en su conclusión.

Este trabajo fue publicado el jueves en la revista Nature Nanotechnology.

Resumen del estudio:

El oxinitruro de litio y fósforo (LiPON) es un electrolito sólido amorfo que ha sido ampliamente estudiado durante las últimas tres décadas. A pesar de la promesa de combinarlo con varios materiales de electrodos, la rigidez y la sensibilidad al aire de LiPON imponen limitaciones para comprender sus propiedades intrínsecas. Aquí presentamos una metodología para sintetizar LiPON en una forma independiente que manifiesta una flexibilidad notable y un módulo de Young de ∼33 GPa. Utilizamos resonancia magnética nuclear de estado sólido y calorimetría diferencial de barrido para revelar cuantitativamente la química de la interfaz Li/LiPON y la presencia de una temperatura de transición vítrea de LiPON bien definida de 207 °C. Combinando tensión interfacial y una capa de siembra de oro, nuestro LiPON independiente muestra una deposición uniformemente densa de litio metálico sin la ayuda de presión externa. Esta película LiPON independiente ofrece oportunidades para estudiar las propiedades fundamentales de LiPON para la ingeniería de interfaces para baterías de estado sólido.