El número de vehículos eléctricos (EV) recién matriculados en Corea superó las 100.000 unidades solo el año pasado. Noruega es el único otro país que iguala esos números. Los materiales centrales que determinan la vida útil de la batería y la velocidad de carga de los vehículos eléctricos que ahora se ven comúnmente son los materiales del ánodo. La industria nacional de baterías de Corea se ha comprometido a encontrar formas revolucionarias de aumentar la capacidad de la batería mediante la introducción de nuevas tecnologías u otros materiales de ánodo. Pero, ¿y si nos deshacemos por completo de los materiales del ánodo?

Un equipo de investigación de POSTECH dirigido por el profesor Soojin Park y el candidato a doctorado Sungjin Cho (Departamento de Química) en colaboración con el profesor Dong-Hwa Seo y el Dr. Dong Yeon Kim (Escuela de Ingeniería Química y Energética) en el Instituto de Ciencia y Tecnología de Ulsan (UNIST ) han desarrollado baterías de litio sin ánodo con un rendimiento de batería de larga duración con una sola carga.

La batería sin ánodo recientemente desarrollada tiene una densidad de energía volumétrica de 977 Wh/L, que es un 40 % más alta que las baterías convencionales (700 Wh/L). Esto significa que la batería puede funcionar durante 630 km con una sola carga.

Las baterías generalmente cambian la estructura de los materiales del ánodo a medida que los iones de litio fluyen hacia y desde el electrodo durante la carga y descarga repetitivas. Esta es la razón por la cual la capacidad de la batería disminuye con el tiempo. Se pensó que si fuera posible cargar y descargar solo con un colector de corriente de ánodo desnudo sin materiales de ánodo, la densidad de energía, que determina la capacidad de la batería, aumentaría. Sin embargo, este método tenía una debilidad crítica que provocaba un aumento significativo del volumen del ánodo y reducía el ciclo de vida de la batería. Se hinchó porque no había almacenamiento estable de litio en el ánodo.

Para superar este problema, el equipo de investigación logró desarrollar una batería sin ánodo en un electrolito líquido a base de carbonato de uso común mediante la adición de un sustrato conductor de iones. El sustrato no solo forma una capa protectora del ánodo, sino que también ayuda a minimizar la expansión masiva del ánodo.

El estudio muestra que la batería mantuvo una alta capacidad de 4,2 mAh cm-2 y una alta densidad de corriente de 2,1 mA cm-2 durante un largo período en el electrolito líquido a base de carbonato. También se demostró tanto en teoría como mediante experimentos que los sustratos pueden almacenar litio.

Además, lo que llama aún más la atención es que el equipo demostró con éxito las semicélulas de estado sólido mediante el uso de electrolito sólido a base de sulfuro a base de argirodita. Se prevé que esta batería acelerará la comercialización de baterías no explosivas ya que mantiene una alta capacidad durante períodos más prolongados.

El estudio publicado recientemente en Advanced Functional Materials fue financiado por el proyecto Alchemist.