¿Los cristales líquidos como electrolitos en las baterías de iones de litio permitirán crear celdas estables de metal de litio?
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Un interesante estudio de la Universidad Carnegie Mellon. Los científicos han propuesto usar cristales líquidos en celdas de iones de litio para aumentar su densidad de energía, estabilidad y capacidad de carga. El trabajo aún no ha avanzado, por lo que esperaremos al menos cinco años para su finalización, si es posible.
Los cristales líquidos han revolucionado las pantallas, ahora pueden ayudar a las baterías
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- Los cristales líquidos han revolucionado las pantallas, ahora pueden ayudar a las baterías
- Cristales líquidos como truco para obtener un electrolito líquido-sólido
En resumen: los fabricantes de celdas de iones de litio se esfuerzan actualmente por aumentar la densidad de energía de las celdas mientras mantienen o mejoran el rendimiento de las mismas, lo que incluye, por ejemplo, mejorar la estabilidad a potencias de carga más altas. La idea es hacer que las baterías sean más ligeras, seguras y más rápidas de recargar. Un poco como el triángulo rápido-barato-bueno.
Una de las formas de aumentar significativamente la energía específica de las células (entre 1,5 y 3 veces) es utilizar ánodos hechos de metal de litio (Li-metal).... No carbono o silicio, como antes, sino litio, un elemento que es directamente responsable de la capacidad de la celda. El problema es que esta disposición desarrolla rápidamente dendritas de litio, protuberancias metálicas que con el tiempo conectan los dos electrodos, dañándolos.
Cristales líquidos como truco para obtener un electrolito líquido-sólido
Actualmente se está trabajando para empaquetar ánodos en varios materiales para formar una capa exterior que permita el flujo de iones de litio pero no permita el crecimiento de estructuras sólidas. Una posible solución al problema es también el uso de un electrolito sólido, una pared a través de la cual las dendritas no pueden penetrar.
Los científicos de la Universidad Carnegie Mellon adoptaron un enfoque diferente: Quieren quedarse con electrolitos líquidos probados, pero basados en cristales líquidos.. Los cristales líquidos son estructuras que se encuentran a medio camino entre el líquido y los cristales, es decir, sólidos con una estructura ordenada. Los cristales líquidos son líquidos, pero sus moléculas están muy ordenadas (fuente).
A nivel molecular, la estructura de un electrolito de cristal líquido es solo una estructura cristalina y, por lo tanto, bloquea el crecimiento de las dendritas. Sin embargo, todavía estamos tratando con un líquido, es decir, una fase que permite que los iones fluyan entre los electrodos. El crecimiento de dendrita está bloqueado, las cargas deben fluir.
Esto no se menciona en el estudio, pero los cristales líquidos tienen otra característica importante: una vez que se les aplica voltaje, se pueden ordenar en un orden determinado (como puede ver, por ejemplo, al mirar estas palabras y el borde entre el negro letras y un fondo claro). Por lo tanto, puede suceder que cuando la celda comience a cargarse, las moléculas de cristal líquido se coloquen en un ángulo diferente y "raspen" los depósitos dendríticos de los electrodos.
Visualmente, esto se parecerá al cierre de las solapas, digamos, en el orificio de ventilación.
La desventaja de la situación es que La Universidad Carnegie Mellon acaba de comenzar la investigación sobre nuevos electrolitos... Ya se sabe que su estabilidad es menor que la de los electrolitos líquidos convencionales. La degradación celular se produce más rápidamente y esta no es la dirección que nos interesa. Sin embargo, es posible que con el tiempo el problema se resuelva. Además, no esperamos la aparición de compuestos en estado sólido antes de la segunda mitad de la década:
> LG Chem usa sulfuros en celdas de estado sólido. Comercialización de electrolitos sólidos no antes de 2028
Foto introductoria: Las dendritas de litio se forman en el electrodo de una celda microscópica de iones de litio. La gran figura oscura en la parte superior es el segundo electrodo. La "burbuja" inicial de átomos de litio se dispara en algún punto, creando un "bigotes" que es la base de la dendrita emergente (c) PNNL Unplugged / YouTube:
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