Desarrollan una batería de litio-aire con electrolito sólido

Investigadores del Instituto de Tecnología de Illinois y del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de Estados Unidos han desarrollado una batería de litio-aire con un electrolito sólido a base de polímeros. Afirman que ofrece una seguridad y un rendimiento superiores.

El electrolito sólido está compuesto por un material polimérico cerámico fabricado con elementos relativamente baratos en forma de nanopartículas. En concreto, el nuevo electrolito compuesto se basa en nanopartículas de Li10GeP2S12 incrustadas en una matriz polimérica de óxido de polietileno modificado, que permite reacciones químicas que producen óxido de litio (Li2O) al descargarse.

En los diseños anteriores de litio-aire, el litio de un ánodo de metal de litio se mueve a través de un electrolito líquido para combinarse con el oxígeno durante la descarga, produciendo peróxido de litio (Li2O2) o superóxido (LiO2) en el cátodo. El peróxido o superóxido de litio se descompone en sus componentes de litio y oxígeno durante la carga. Esta secuencia química almacena y libera energía a demanda.

“La reacción química del superóxido o peróxido de litio sólo implica uno o dos electrones almacenados por molécula de oxígeno, mientras que la del óxido de litio implica cuatro electrones”, explica Rachid Amine, químico de Argonne.

En el nuevo diseño, la reacción de los cuatro electrones es posible gracias a un producto de descarga mixto conductor de iones y electrones y a su interfaz con el aire.

Más electrones almacenados significa mayor densidad energética. En teoría, una batería de litio-aire basada en la formación de Li2O puede proporcionar una densidad energética comparable a la de la gasolina. Tiene la mayor densidad energética prevista de todas las tecnologías de baterías que se están considerando para la próxima generación de baterías más allá del ión-litio.

“Con un mayor desarrollo, esperamos que nuestro nuevo diseño de batería de litio-aire alcance también una densidad energética récord de 1.200 vatios-hora por kilogramo”, afirma Larry Curtiss, miembro distinguido de Argonne. “Eso es casi cuatro veces mejor que las baterías de iones de litio”.

El nuevo diseño del equipo es también la primera batería de litio-aire que consigue una reacción de cuatro electrones a temperatura ambiente. Además, funciona con oxígeno suministrado por el aire del entorno, lo que elimina la necesidad de tanques de oxígeno, un problema de los diseños anteriores.

En el pasado, las pilas de litio-aire de prueba tenían ciclos de vida muy cortos. Pero los investigadores estadounidenses afirman que esto no ocurre con su nuevo diseño de batería, ya que su célula de prueba demostró estabilidad durante más de 1.000 ciclos de carga y descarga.

Los resultados de su investigación se exponen en el artículo “A room temperature rechargeable Li2O-based lithium-air battery enabled by a solid electrolyte” (Una batería de litio-aire recargable a temperatura ambiente a base de Li2O habilitada por un electrolito sólido), publicado recientemente en Science.