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La estrategia consiste en una capa ultrafina de plata iónica aplicada sobre el electrolito sólido, un material cerámico que permite el paso de los iones de litio, pero que hasta ahora se comportaba como una porcelana frágil bajo presión y ciclos de carga rápidos.
Esto hace aumentar la resistencia a grietas casi cinco veces, abordando una barrera clave para la comercialización de baterías de litio-metal de nueva generación. Publicado el 16 de enero en Nature Materials, el avance promete baterías más seguras con mayor densidad energética y carga más rápida en comparación con la tecnología de litio-ion actual.
Las baterías de estado sólido buscan reemplazar electrolitos líquidos inflamables con materiales cerámicos duraderos como LLZO, compuesto de litio, lantano, circonio y oxígeno. Estos cerámicos, aunque teóricamente superiores, sufren microfisuras durante ciclos de carga que llevan al fallo.
El equipo de Stanford aplicó una capa de plata de 3 nanómetros, luego calentó muestras a 300 grados Celsius, permitiendo que átomos de plata difundan de 20 a 50 nanómetros de profundidad y reemplacen átomos de litio más pequeños.
Los iones de plata disueltos, no la plata metálica, resultaron clave para endurecer la cerámica y bloquear la iniciación y propagación de grietas. Xin Xu, investigador principal ahora profesor asistente en Arizona State University, señaló que "este dopaje nanométrico transforma cómo se forman las fisuras en superficies de electrolitos, permitiendo electrolitos sólidos robustos para almacenamiento de energía avanzado".
Este enfoque protector se adapta a la fabricación real, donde apilar cátodos, electrolitos y ánodos inevitablemente crea imperfecciones superficiales costosas de eliminar por completo. La profesora asociada Wendy Gu, autora principal del estudio, enfatizó que "un simple tratamiento de plata protege realísticamente contra la infiltración de litio durante carga rápida, previniendo la expansión de grietas".
Las pruebas se centraron en áreas localizadas de muestras en lugar de celdas completas, dejando la escalabilidad y rendimiento a largo plazo durante miles de ciclos para validación futura. La plata no es única; iones metálicos más grandes como el cobre muestran promesa, aunque menos efectivos, abriendo caminos a electrolitos basados en azufre o baterías de sodio que alivian tensiones en la cadena de suministro de litio.
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