es.wedoany.com Noticia: El equipo de investigación de Wu Jianfei del Instituto de Bioenergía y Procesos Biotecnológicos de Qingdao de la Academia China de Ciencias ha propuesto y verificado sistemáticamente el concepto de diseño de una red conductora de electrones e iones, proporcionando un nuevo paradigma de diseño de materiales para superar el cuello de botella de la carga ultrarrápida en baterías de estado sólido.
Las baterías de estado sólido de sulfuro, con su alta densidad energética y excelente seguridad, se consideran una dirección importante para el desarrollo de la próxima generación de baterías de potencia y un punto estratégico en la competencia global de tecnologías de energía renovable. Durante los procesos de carga y descarga a alta tasa, problemas como la lenta transferencia de electrones en el ánodo, la difusión limitada de iones de litio, la degradación continua de la interfaz sólido-sólido y el crecimiento de dendritas se acoplan entre sí, restringiendo gravemente el rendimiento de tasa y la vida útil de las baterías de estado sólido, convirtiéndose en un cuello de botella científico clave en este campo.
Para abordar este desafío, el equipo de investigación del Instituto de Energía de Qingdao propuso una estrategia de diseño de red conductora de electrones e iones (EICN) y desarrolló un nuevo ánodo de aleación cuaternaria Li–Al–Si–Zn (ASZ@Li). Este ánodo de aleación está compuesto por fases de litio-aluminio, litio-zinc y litio-silicio. La fase de litio-aluminio construye una vía continua de transporte de electrones; la fase de litio-zinc muestra una fuerte litiofilia, actuando como un canal rápido y uniforme para el transporte de iones de litio; la región rica en silicio se encarga de almacenar reversiblemente el litio y amortiguar los cambios de volumen. La sinergia de las tres fases logra la unificación de la conductividad electrónica, el transporte iónico y la estabilidad estructural. Además, este ánodo de aleación presenta una excelente estabilidad química y electroquímica frente al electrolito de sulfuro, sin necesidad de construir una capa protectora adicional de interfaz de electrolito sólido artificial, simplificando el diseño de la interfaz y el proceso de fabricación de las baterías de estado sólido.
Gracias al diseño de la estructura EICN, al emparejar el ánodo de aleación ASZ@Li con un cátodo de alto contenido de níquel Ni90, la batería de estado sólido muestra un alto rendimiento de tasa a 55 °C, completando una carga y descarga completa en solo 72 segundos, y manteniendo una alta capacidad después de miles de ciclos, lo que demuestra su potencial para aplicaciones prácticas.
Mediante estudios adicionales, el equipo de investigación aclaró el mecanismo de trabajo profundo de la red conductora de electrones e iones. Se descubrió que la introducción de aluminio mejora efectivamente la conductividad electrónica del material, mientras que el zinc aumenta la litiofilia del material y reduce la barrera de migración de iones de litio, logrando conjuntamente un transporte rápido y sinérgico de electrones e iones de litio.
El investigador del Instituto de Energía de Qingdao, Wu Jianfei, explicó que este diseño reduce fundamentalmente la impedancia de la interfaz, inhibe la descomposición del electrolito de sulfuro y mantiene una estructura de interfaz estable, mejorando la estabilidad cíclica de las baterías de estado sólido en condiciones de alta tasa.
