El superóxido da litio

DOE/Laboratorio Nacional Argonne

Imagen: La coincidencia de red entre LiO2 e Ir3Li puede ser responsable del producto de descarga de LiO2 encontrado para el material del cátodo Ir-rGO.ver más

Crédito: Argonne/Larry Curtiss

Si bien las baterías de iones de litio han transformado nuestra vida cotidiana, los investigadores actualmente están tratando de encontrar nuevas sustancias químicas que puedan ofrecer posibilidades energéticas aún mejores. Una de estas químicas, la de litio-aire, podría prometer una mayor densidad de energía, pero también tiene ciertos inconvenientes.

Ahora, gracias a la investigación realizada en el Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE.UU. (DOE), es posible que se haya superado uno de esos inconvenientes.

Todos los trabajos anteriores sobre baterías de litio-aire mostraron el mismo fenómeno: la formación de peróxido de litio (Li2O2), un precipitado sólido que obstruía los poros del electrodo.

Sin embargo, en un experimento reciente, los científicos de baterías de Argonne, Jun Lu, Larry Curtiss y Khalil Amine, junto con colaboradores estadounidenses y coreanos, pudieron producir superóxido de litio cristalizado estable ((LiO2) en lugar de peróxido de litio durante la descarga de la batería. A diferencia del peróxido de litio, El superóxido de litio puede disociarse fácilmente en litio y oxígeno, lo que genera una alta eficiencia y un buen ciclo de vida.

"Este descubrimiento realmente abre un camino para el desarrollo potencial de un nuevo tipo de batería", afirmó Curtiss. "Aunque se necesita mucha más investigación, el ciclo de vida de la batería es lo que estábamos buscando".

La principal ventaja de una batería basada en superóxido de litio, explicaron Curtiss y Amine, es que permite, al menos en teoría, la creación de una batería de litio-aire que consiste en lo que los químicos llaman un "sistema cerrado". Los sistemas abiertos requieren una ingesta constante de oxígeno adicional del medio ambiente, mientras que los sistemas cerrados no, lo que los hace más seguros y eficientes.

"La estabilización de la fase de superóxido podría conducir al desarrollo de un nuevo sistema de batería cerrado basado en superóxido de litio, que tiene el potencial de ofrecer realmente cinco veces la densidad de energía de los iones de litio", dijo Amine.

Curtiss y Lu atribuyeron el crecimiento del superóxido de litio al espaciado de los átomos de iridio en el electrodo utilizado en el experimento. "Parece que el iridio servirá como una buena plantilla para el crecimiento del superóxido", dijo Curtiss.

"Sin embargo, esto es sólo un paso intermedio", añadió Lu. "Tenemos que aprender a diseñar catalizadores para comprender exactamente qué implican las baterías de litio-aire".

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Los investigadores confirmaron la falta de peróxido de litio mediante el uso de difracción de rayos X proporcionada por Advanced Photon Source, una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE ubicada en Argonne. También recibieron asignaciones de tiempo en la supercomputadora Mira en Argonne Leadership Computing Facility, que también es una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE. Los investigadores también realizaron parte del trabajo en el Centro de Materiales a Nanoescala de Argonne, que también es una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE.

Un estudio basado en la investigación apareció en la edición del 11 de enero de Nature.

El trabajo fue financiado por la Oficina de Eficiencia Energética y Energía Renovable y la Oficina de Ciencias del DOE.

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