Revolucionando las baterías de vehículos eléctricos: nuevo agente aglutinante innovador duplica el rendimiento

Investigadores han desarrollado un nuevo aglutinante de alto rendimiento para electrodos basados en microóxido de silicio (SiO) en baterías de iones de litio. Se ha demostrado que este aglutinante, llamado ácido polivinilfosfónico (PVPA), mejora el rendimiento general y la durabilidad de las baterías en comparación con los métodos tradicionales. Este logro se atribuye a Noriyoshi Matsumi del Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Japón (JAIST).

A pesar de su uso generalizado en diversos campos, las baterías de iones de litio aún requieren mejoras en sus aglutinantes para mejorar el rendimiento y satisfacer las crecientes demandas. El óxido de silicio (SiO), un material anódico prometedor conocido por su alta capacidad y bajo costo, presenta ciertos desafíos, como una conductividad deficiente, que conduce a velocidades de carga más lentas, y una expansión significativa durante la carga. Como resultado, los aglutinantes eficaces son cruciales para abordar estos problemas y garantizar un mejor rendimiento y durabilidad de los sistemas de baterías de iones de litio.

Un estudio reciente publicado el 8 de febrero de 2024 en la revista ACS Applied Energy Materials, dirigido por el profesor Noriyoshi Matsumi de JAIST junto con Noriyuki Takamori, Rajashekar Badam, el Dr. Tejkiran Pindi Jayakumar e investigadores de Maruzen Petrochemical Company Ltd., investigó la Uso de PVPA como aglutinante para electrodos de micro-SiO. El trabajo de los investigadores dio como resultado un rendimiento superior en comparación con las células convencionales.

El profesor Matsumi afirma que “el aglutinante PVPA ofrece una solución prometedora para prolongar la vida útil de las baterías secundarias de iones de litio de alto rendimiento. Este es particularmente el caso de los vehículos eléctricos, donde existe un gran interés en garantizar que las baterías secundarias de iones de litio tengan una larga vida útil. PVPA proporciona una mejor alternativa a los aglutinantes disponibles comercialmente como el poli(ácido acrílico) (PAA) y el poli(fluoruro de vinilideno) (PVDF)”.

El equipo de investigación llevó a cabo un estudio que implicó la creación de electrodos utilizando aglutinantes PVPA, PAA y PVDF. El rendimiento de estos aglutinantes se evaluó mediante experimentos electroquímicos y teoría funcional de la densidad. Se descubrió que el PVPA tiene una adhesión significativamente más fuerte (3,44 N/m) a un soporte de cobre que el PAA (2,03 N/m), lo que mejora considerablemente la durabilidad de las baterías de iones de litio.

Los investigadores también descubrieron que una celda basada en PVPA ofrecía casi el doble de capacidad de descarga que una celda basada en PAA después de 200 ciclos. Además, la media celda basada en PVPA logró alcanzar 1300 mAhg-1SiO después del mismo número de ciclos. El uso de PVPA también dio como resultado la estabilización del ánodo a base de SiO, evitando la exfoliación incluso con una expansión de volumen significativa.

Como novedad notable, el socio del estudio, Maruzen Petrochemical Company Ltd., ha iniciado un proceso de producción industrial de PVPA. La colaboración continua con esta empresa y JAIST podría acercar el innovador aglutinante a aplicaciones prácticas. Las patentes para esta tecnología han sido presentadas en Japón e internacionalmente, conjuntamente por JAIST y Maruzen Petrochemical Company Ltd.

Según el profesor Matsumi, “este aglutinante industrialmente viable y de alto rendimiento contribuirá al desarrollo de baterías muy duraderas y de alta densidad energética. Esto permitirá una adopción más amplia de vehículos eléctricos (EV) sin preocupaciones por la diferenciación del rendimiento durante un largo período. En el futuro, los materiales también podrían aplicarse a diversos vehículos eléctricos, como trenes, barcos y aviones".

En resumen, se ha desarrollado un nuevo aglutinante funcional utilizando poli(ácido vinilfosfónico) para ánodos basados en SiO en baterías de iones de litio. Este aglutinante asequible mejora el rendimiento en comparación con las opciones tradicionales, lo que representa un avance notable para aplicaciones basadas en micro-SiO en vehículos eléctricos y otros formatos.

La referencia de este estudio es: “Fácil estabilización del ánodo de batería de iones de litio basado en óxido de microsilicio usando poli(ácido vinilfosfónico)” de Noriyuki Takamori, Tadashi Yamazaki, Takuro Furukawa, Tejkiran Pindi Jayakumar, Rajashekar Badam y Noriyoshi Matsumi, publicado el 8 de febrero , 2024, en ACS Applied Energy Materials.

Esta investigación fue apoyada por JST SPRING, bajo el número de subvención JPMJSP2102.