Bateries d’estat sòlid reversibles basades en liti

El liti és l’àtom metàl·lic més petit de tots els elements de la Taula Periòdica, albergant una gran quantitat d’energia en molt poc volum. Tot i que les primeres bateries el 1850 estaven basades en plom i el 1890 van aparèixer les de cadmi-níquel, han estat les bateries de liti iònic les que han aconseguit imposar-se considerant les seves prestacions quimicofísiques. Actualment, molts dels dispositius mòbils utilitzen bateries basades en elèctrodes de liti.

Les bateries de liti iònic comercialitzades actualment utilitzen principalment ions de liti. Aquestes bateries tenen un càtode format per un compost que conté liti a més d’altres compostos com el manganès, cobalt o níquel, i un ànode generalment de grafit en el qual s’intercalen els cations de liti. Tot i que aquestes bateries també s’utilitzen en cotxes elèctrics, tal com es mostra en aquest vídeo, tenen alguns inconvenients crítics. Els ions liti intercalats en els elèctrodes provoquen canvis de volum en la cel·la, deformant-la i fent-la menys estable. Per altra banda, els electròlits estan formats per compostos altament inflamables i poc estables als canvis de temperatura.

Actualment, s’està desenvolupat una nova generació de bateries d’estat sòlid basades en liti metàl·lic. En aquestes bateries, els electròlits no són líquids iònics sinó sòlids metàl·lics, fet que les dota de major estabilitat. El principal repte d’aquestes noves bateries és que, el liti, després de diversos cicles de càrrega i descàrrega, forma dendrites que es propaguen per l’electròlit i n’afecten la seva eficiència.

Actualment, s’estan intentant diverses estratègies per tal d’evitar la formació d’aquestes dendrites en les bateries de liti metàl·lic, com pot ser la creació d’una capa de fluorur entre l’elèctrode de liti metàl·lic i l’electròlit. Aquest nou tractament aconsegueix millorar l’actuació de la bateria en diversos aspectes:

  1. Es genera una energia interficial molt alta evitant la formació de les dendrites.
  2. La densitat de corrent crític és el doble que en bateries de liti d’estat sòlid sense tractar.
  3. S’eviten reaccions secundàries entre el liti i l’electròlit.
  4. L’eficiència en el transport dels electrònics és superior al 98%, semblant a les bateries d’ió liti.

En l’article de referència publicat al Nature Reviews Materials el Març de 2016 per J. Wook et al., s’utilitzen una sèrie de tècniques de caracterització molt habituals en nanociència i nanotecnologia com l’espectroscòpia de raig X, microscòpies de rastreig d’electrons, espectrometria de masses o la difracció de raigs X