Investigadores revelan claves sobre la degradación de baterías de estado sólido

Un grupo de investigadores del Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST), de la Universidad Nacional de Seúl (SNU) y de POSTECH han realizado un avance significativo en la comprensión de los mecanismos de degradación de las baterías de estado sólido (ASSBs, por su sigla en inglés), una tecnología prometedora para vehículos eléctricos de nueva generación y almacenamiento de energía a gran escala.

Dirigidos por el profesor Donghyuk Kim de la Escuela de Energía y Ingeniería Química de UNIST, el profesor Sung-Kyun Jung de la Escuela de Innovaciones Transdisciplinarias de SNU y el profesor Jihyun Hong de POSTECH, el estudio revela que las reacciones químicas interfaciales juegan un papel crucial en el daño estructural y en la disminución del rendimiento en las ASSBs basadas en sulfuro. Los hallazgos fueron publicados en Nature Communications.

A diferencia de las baterías de iones de litio convencionales, que dependen de electrolitos líquidos inflamables, las ASSBs utilizan electrolitos sólidos no inflamables, lo que ofrece mayor seguridad y una densidad de energía superior. Sin embargo, desafíos como la inestabilidad de la interfaz y el deterioro microestructural han obstaculizado su comercialización. Hasta el momento, la comprensión detallada de cómo ocurren estos fenómenos ha sido limitada.

Para abordar esta situación, el equipo de investigación desarrolló un sistema de modelo que incorporaba una capa de recubrimiento protectora en la superficie del cátodo utilizando difluorofosfato de litio (LiDFP) para suprimir la degradación química de la interfaz. Emplearon técnicas analíticas avanzadas, incluyendo aprendizaje automático, modelado digital y métodos de caracterización de última generación, para investigar la evolución microestructural y los comportamientos de reacción desde el nivel de partículas hasta todo el electrodo.

El análisis demostró que la aplicación del recubrimiento inhibe eficazmente la degradación química en la interfaz cátodo-electrolito, resultando en reacciones electroquímicas más uniformes a través de las partículas y un degradado mecánico consistente a lo largo del electrodo. Esta uniformidad condujo a una mejor retención de capacidad y estabilidad a largo plazo, incluso bajo presiones operativas más bajas, un obstáculo de larga data en el despliegue de ASSBs.

Importante es que el estudio descubrió que la capa de recubrimiento no solo actúa como una barrera protectora; también mantiene los caminos de conducción de iones de litio mientras suprime reacciones interfaciales perjudiciales. Esta doble función no solo prolonga la vida de la batería, sino que también ofrece nuevas vías para diseñar baterías de estado sólido más seguras y sin riesgo de explosiones.

El autor principal, Dr. Chanhyun Park, quien fue parte de UNIST y actualmente es investigador postdoctoral en la Universidad Justus-Liebig de Giessen, afirmó: "Nuestra investigación proporciona una comprensión detallada, a nivel de partículas, de las causas raíces de la degradación en el rendimiento de las ASSBs."
Dr. Chanhyun Park agregó: "Demostramos que la capa de recubrimiento desempeña un papel vital más allá de la mera protección de la superficie; puede servir como un nuevo camino de transporte de iones de litio, abriendo estrategias innovadoras para la estabilización y longevidad de la batería."