En la carrera contra el cambio climático, las soluciones de almacenamiento de energía de vanguardia son primordiales para aprovechar la generación de energía a partir de fuentes de energía limpia, y los investigadores del Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) están explorando estrategias para aumentar la densidad de energía de las celdas de la batería al tiempo que disminuyen los costos de fabricación. .
Los ánodos de silicio ofrecen una mejora prometedora a las capacidades de las baterías de iones de litio (Li-ion) existentes para vehículos eléctricos y almacenamiento estacionario. Reemplazar el material del ánodo de grafito que se usa típicamente en las baterías de iones de litio por ánodos de silicio puede allanar el camino para reducir el tamaño de la batería entre un 25% y un 30% y aumentar el rango de manejo entre un 30% y un 40%.
Los investigadores de NREL están a la vanguardia de la investigación del ánodo de silicio, utilizando instalaciones de vanguardia para explorar la ciencia fundamental de los electrolitos orgánicos con interfaces de silicio. Sin embargo, hallazgos recientes destacan la importancia de continuar los estudios sobre la vida útil de las células basadas en silicio. En un nuevo Energía de la naturaleza Artículo en perspectiva, “Calendario de envejecimiento de las baterías que contienen silicio, ”Científicos de baterías de la Oficina de Tecnologías de Vehículos del Departamento de Energía de EE. UU. Proyecto Silicon Consortium enfatizar la importancia de la investigación en curso sobre la vida del calendario de este material de ánodo.
“Una nueva investigación muestra que el envejecimiento calendario de los ánodos de silicio es un problema mayor de lo que pensamos originalmente”, dijo Max Schulze, investigador postdoctoral en NREL y coautor de la perspectiva. “Con este informe, esperamos alentar a los investigadores a considerar los desafíos únicos que enfrentan estas baterías. La colaboración entre laboratorios y en la industria para evaluar y abordar este problema ahora es esencial para el éxito de los electrodos de silicio en las baterías ”.
Los investigadores investigan nuevas incertidumbres en la química de las baterías
Para comprender la vida útil de una batería, los investigadores deben considerar los efectos tanto del uso de la batería como del tiempo. Los electrodos nuevos generalmente se evalúan ciclando las celdas, evaluando la degradación de la capacidad durante un número determinado de ciclos de carga / descarga, para determinar la pérdida de capacidad durante el uso. Para determinar la pérdida de capacidad a lo largo del tiempo, simplemente se permite que las celdas cargadas permanezcan sin usar con mediciones periódicas de sus capacidades.
Estos tipos de experimentos de envejecimiento del calendario requieren mucho tiempo, por lo que muchos estudios de vida del calendario extrapolan datos de pruebas a corto plazo para pronosticar tendencias de envejecimiento. Si bien este enfoque ha funcionado para los ánodos tradicionales basados en grafito, los investigadores enfrentan nuevas incertidumbres al alterar la química del electrodo. Como resultado, se sabe comparativamente poco sobre la degradación dependiente del tiempo de las baterías de silicio.
“El silicio no forma la misma interfaz estable con el electrolito líquido que da a los electrodos de grafito su larga vida útil”, dijo Andrew Colclasure, científico de NREL y otro coautor de la perspectiva. “La investigación adicional es crucial para comprender mejor cómo la química de los diferentes electrodos afecta la vida útil de la batería”.
Estudios recientes descritos en el Energía de la naturaleza La perspectiva sugiere que la adición de silicio al ánodo de la batería puede resultar en una mayor susceptibilidad al envejecimiento del calendario. En comparación con los ánodos de grafito solos, los ánodos que contienen silicio son significativamente más reactivos. Estas celdas son vulnerables a reacciones químicas dañinas, como la formación de gas, la descomposición de electrolitos o la disolución de la interfaz del electrolito de silicio, factores estresantes que pueden conducir a la degradación con el tiempo, independientemente de si se usa la batería. Como tal, los estudios completos de envejecimiento del calendario son vitales para comprender la estabilidad a largo plazo del silicio en las baterías.
El consorcio dirigido por NREL se centra en las predicciones de por vida
El Silicon Consortium Project liderado por NREL está investigando estrategias para aprender más sobre el envejecimiento calendario del silicio en las baterías. Los investigadores desarrollaron nuevos protocolos de prueba para evaluar el progreso de las modificaciones de silicio, diseños de celdas, electrolitos o aditivos de manera más rápida y eficiente. Los métodos actuales aún no proporcionan predicciones absolutas de duración del calendario; sin embargo, los investigadores pueden utilizar estos datos para identificar las estrategias más prometedoras para mitigar el envejecimiento del calendario en los electrodos de silicio. En última instancia, el Silicon Consortium Project tiene como objetivo implementar esas estrategias para desarrollar y demostrar baterías de larga duración con ánodos de silicio.
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Artículo cortesía de NREL.
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