Las baterías recargables de metal litio son baterías secundarias de metal litio . Tienen litio metálico como electrodo negativo . La alta capacidad específica del metal de litio (3860 mAh g −1 ), su potencial redox muy bajo (−3,040 V frente al electrodo de hidrógeno estándar) y su baja densidad (0,59 g cm −3 ) lo convierten en el material negativo ideal para tecnologías de baterías de alta densidad de energía. . [1] Las baterías recargables de litio metálico pueden tener una duración prolongada debido a la alta densidad de carga del litio . Actualmente, varias empresas y muchos grupos de investigación académicos están investigando y desarrollando baterías recargables de metal litio, ya que se consideran una vía líder para el desarrollo más allá de las baterías de iones de litio. [2] Algunas baterías recargables de litio metálico emplean un electrolito líquido y otras emplean un electrolito de estado sólido .
Moli Energy (ahora conocida como E-One Moli Energy ) comercializó una batería recargable de metal de litio en la década de 1980, pero después de que varias celdas se incendiaron, los dispositivos que usaban baterías Moli fueron retirados del mercado y la compañía entró en quiebra. [3]
Los principales desafíos en el desarrollo de baterías prácticas de litio metálico recargables son la baja vida útil de las celdas debido a la baja eficiencia Coulombic y la poca confiabilidad debido a la formación de dendritas que causan un cortocircuito. Los esfuerzos para mejorar el rendimiento se centran en la elección del electrolito, ya que la reacción del electrolito con el litio dicta la eficiencia de Coulombic y el electrolito del separador debe resistir la formación de dendritas.
Las direcciones de investigación incluyen sistemas con alto contenido de sal, aditivos o electrolitos que contienen flúor que forman capas de interfaz de electrolito sólido (SEI) sobre el litio y encapsulan el litio dentro de capas protectoras.
En 2023, se demostró que los electrolitos sin disolventes basados en mezclas de sales fundidas de bajo punto de fusión tenían una amplia ventana electroquímica (5 V), buena compatibilidad con el ánodo metálico de Li y una inflamabilidad/volatilidad insignificante. [4] [5] Representan una dirección prometedora hacia baterías de metal Li recargables seguras y de alto rendimiento.
Los electrolitos de polímeros sólidos , como el óxido de polietileno (PEO), se han investigado durante décadas, pero requieren alta temperatura, cátodos de bajo voltaje y bajas densidades de corriente para alcanzar un ciclo de vida y confiabilidad razonables. [6] Se han estudiado compuestos de polímeros inorgánicos para encontrar un sistema flexible y procesable. Se han estudiado muchas familias de materiales inorgánicos, incluidos LiPON, borohidruro de litio , sulfuros vítreos, semicristalinos y cristalinos, fosfatos estructurados NASICON , perovskitas , antiperovskitas y granates .
Bolloré ha comercializado baterías recargables de metal de litio en el programa Bluecar , y Cymbet y otros han vendido baterías de película delgada con bajo contenido energético. Varias empresas están desarrollando baterías recargables de litio metálico para aplicaciones en dispositivos electrónicos de consumo y vehículos eléctricos. El estado de los esfuerzos de desarrollo que han anunciado datos públicamente se resume en la siguiente tabla.
Aunque este tipo de batería ha estado disponible como pequeñas baterías de botón desde la década de 2000, los intentos de producir versiones más grandes capaces de proporcionar grandes cantidades de energía, hasta ahora, no han tenido éxito. Las baterías de metal litio tienen características muy diferentes a las baterías de iones de litio más comunes. [12]
Su voltaje terminal es más bajo que el de iones de litio y oscila entre 3,1 voltios cuando está completamente cargado y 1,0 voltios con una descarga completa. A diferencia del ion de litio, el voltaje terminal no cae constantemente a medida que avanza la descarga. El voltaje cae de 3,1 voltios a 2,5 aproximadamente dentro del primer 10% de la descarga. A partir de aquí, el voltaje del terminal permanece relativamente constante en 2,5 voltios hasta que queda aproximadamente el 10% de la carga utilizable. Desde aquí cae a 1,0 voltios, nivel en el que la batería no debe descargarse más, ya que se producirán daños permanentes.
La mayor desventaja de la batería de metal de litio actual (a partir de 2024 [actualizar]) es que la corriente de descarga máxima es de apenas el 0,2% de la capacidad. Es decir, para una batería de 5 mAh (un tamaño de corriente típico), la corriente de descarga máxima es de sólo 10 μA. [13]
Los requisitos de carga de la batería también son muy diferentes a los del tipo de iones de litio. Así como la corriente máxima de descarga es muy baja, también lo es la corriente máxima de carga. El único método recomendado es cargar la batería con un suministro de voltaje de exactamente 3,1 voltios a través de una resistencia limitadora de corriente. El valor de la resistencia se encuentra dividiendo 5 por la capacidad de mAh de la batería. La desventaja es que la batería debe cargarse en un período de 30 horas.
Las características de descarga y carga dictan que este tipo de batería sólo es adecuada para aplicaciones tales como energía de respaldo de memoria o alimentación de un chip de reloj en tiempo real en (digamos) una cámara.
La batería tiene una característica de temperatura muy diferente a la de las baterías de iones de litio. El rango de temperatura oficial es de -20 a 60 °C. En comparación con 20 °C, la batería sufre una reducción de aproximadamente un 15 % en su capacidad disponible a -20 °C, lo cual no es tan inusual. Sin embargo, a 60 °C la batería presenta entre un 5 y un 10 % adicional de capacidad.
Una gran ventaja es que la tasa de autodescarga de este tipo de batería es la más baja de cualquier tecnología de batería recargable existente. De hecho, es tan bajo que las baterías tienen una vida útil de más de 10 años.
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