Baterias recarregáveis ​​de metal de lítio com densidade de energia aumentada, atuação, e a segurança pode ser possível com um recém-desenvolvido, interfase de eletrólito sólido (SEI), de acordo com pesquisadores da Penn State.

Conforme a demanda por baterias de metal de lítio de alta densidade de energia aumenta - para veículos elétricos, smartphones, e drones - a estabilidade do SEI tem sido um problema crítico para impedir seu avanço porque uma camada de sal na superfície do eletrodo de lítio da bateria o isola e conduz íons de lítio.

“Esta camada é muito importante e é formada naturalmente pela reação entre o lítio e o eletrólito da bateria, "disse Donghai Wang, professor de engenharia mecânica e química. "Mas não se comporta muito bem, o que causa muitos problemas. "

Um dos componentes menos compreendidos das baterias de metal de lítio, a degradação do SEI contribui para o desenvolvimento de dendritos, que são formações semelhantes a agulhas que crescem do eletrodo de lítio da bateria e afetam negativamente o desempenho e a segurança. Os pesquisadores publicaram sua abordagem para este problema hoje (11 de março) em Materiais da Natureza .

"É por isso que as baterias de metal de lítio não duram mais - a interfase aumenta e não é estável, "Disse Wang." Neste projeto, usamos um composto de polímero para criar um SEI muito melhor. "

Liderado pelo aluno de doutorado em química Yue Gao, o SEI aprimorado é um composto de polímero reativo que consiste em sal de lítio polimérico, nanopartículas de fluoreto de lítio, e folhas de óxido de grafeno. A nova construção deste componente da bateria tem camadas finas desses materiais, que é onde Thomas E. Mallouk, Professor de Química da Universidade Evan Pugh, emprestou sua experiência.

"Há muito controle em nível molecular que é necessário para alcançar uma interface de lítio estável, "Mallouk disse." O polímero que Yue e Donghai projetaram reage para fazer uma ligação semelhante a uma garra na superfície do metal de lítio. Ele dá à superfície de lítio o que ela deseja de forma passiva, para que não reaja com as moléculas do eletrólito. As nanofolhas no composto atuam como uma barreira mecânica para evitar a formação de dendritos a partir do metal de lítio. "

Usando design de química e engenharia, a colaboração entre os campos permitiu que a tecnologia controlasse a superfície do lítio em escala atômica.

"Quando projetamos baterias, não pensamos necessariamente como químicos, todo o caminho até o nível molecular, mas isso é o que precisávamos fazer aqui, "disse Mallouk.

O polímero reativo também diminui o peso e o custo de fabricação, melhorando ainda mais o futuro das baterias de metal de lítio.

"Com um SEI mais estável, é possível dobrar a densidade de energia das baterias atuais, ao fazer com que durem mais e sejam mais seguros, "Disse Wang.