es.wedoany.com Noticia: Investigadores chinos han desarrollado un nuevo electrolito cuasi-sólido que permite que las baterías de metal de sodio se carguen más rápido, tengan una vida útil más larga y ofrezcan mayor seguridad.
Un equipo de investigación de la Universidad del Sureste (Southeast University), en colaboración con HiNa Battery Technology y la Universidad de Yangzhou, ha diseñado un electrolito de doble mediación para abordar dos problemas clave en las baterías de metal de sodio: la lenta velocidad de transporte de iones de sodio y el crecimiento de dendritas y fallos de la batería causados por reacciones interfaciales inestables.
Las baterías de iones de sodio han ganado atención en los últimos años como una alternativa de bajo costo a los sistemas de iones de litio, debido a la abundancia de recursos de sodio y a las menores restricciones en la cadena de suministro. Sin embargo, en aplicaciones prácticas, lograr una carga rápida sin sacrificar la vida útil sigue siendo un desafío importante.
El equipo de investigación informa que el nuevo electrolito tiene un número de transferencia de iones de sodio de 0,94, manteniendo al mismo tiempo una conductividad iónica de 1,3 mS cm⁻¹. En comparación, los electrolitos cuasi-sólidos tradicionales suelen tener números de transferencia en el rango de 0,4 a 0,7, lo que limita la mejora del rendimiento de carga.
Este electrolito utiliza una combinación de iones de estaño (Sn²⁺) y difluoroxalato borato (DFOB⁻), que regulan conjuntamente la estructura del electrolito y el comportamiento de movimiento de los iones de sodio. El estudio señala que el DFOB⁻ puede debilitar la interacción entre los iones de sodio y la red polimérica, liberando más iones de sodio móviles. Los resultados de la simulación muestran que la tasa de difusión de iones de sodio alcanza los 16,8 Ų ns⁻¹, aproximadamente seis veces más rápida que la de los electrolitos líquidos tradicionales.
Este diseño de doble interbloqueo también mejora la estabilidad general del electrolito al equilibrar la coordinación iónica en el volumen y en la interfaz, asegurando un transporte más fluido de iones de sodio en condiciones de alta corriente, reduciendo así la polarización por concentración y ayudando a mantener la consistencia del rendimiento de las baterías simétricas y de celda completa durante ciclos rápidos de carga y descarga. La capa interfacial formada puede inhibir eficazmente las dendritas, una estructura metálica en forma de aguja cuyo crecimiento puede provocar cortocircuitos internos y acortar la vida útil de la batería.
En pruebas de laboratorio, las baterías simétricas de sodio funcionaron durante 6000 horas a una densidad de corriente de 0,1 mA cm⁻² sin fallos inducidos por dendritas, y la densidad de corriente crítica del sistema alcanzó los 3,0 mA cm⁻². Cuando se emparejaron con un cátodo de fosfato de vanadio y sodio, las baterías proporcionaron una capacidad de 80,1 mAh g⁻¹ a una velocidad de carga ultrarrápida de aproximadamente cuatro minutos. A una alta tasa de carga de 3C, la retención de capacidad de la batería alcanzó el 90 % después de 2000 ciclos de carga y descarga.
Este electrolito se mantiene estable a voltajes de hasta 4,7 voltios, lo que podría ampliar la compatibilidad con materiales de cátodo de mayor voltaje. El equipo de investigación también fue más allá de las pruebas con celdas de botón: las baterías de bolsa sin presión funcionaron normalmente después de plegarse repetidamente y pudieron alimentar un teléfono inteligente. Las pruebas con configuraciones de batería de alta carga y el uso de otros sistemas químicos de cátodo también mostraron resultados positivos.
El equipo afirma que este método puede extenderse a baterías de metal de litio y de metal de potasio, manteniendo al mismo tiempo la compatibilidad con los procesos de fabricación de baterías existentes. Los resultados de esta investigación se han publicado en la revista Nano-Micro Letters.
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