Científicos de China, descubren el potencial de carga ultrarrápida de las baterías de fósforo negro
Beijing, China, Asia.- Ante la creciente demanda de baterías de carga ultrarrápida y alta capacidad en vehículos de nueva energía y sistemas de almacenamiento de energía a gran escala, los ánodos de grafito convencionales se acercan rápidamente a sus límites teóricos. Ahora, un equipo de investigación colaborativo ha superado los obstáculos que el fósforo negro (BP), un prometedor material de ánodo de nueva generación, ha superado, allanando el camino para su aplicación práctica.
El estudio, liderado por el profesor MA Yanwei del Instituto de Ingeniería Eléctrica de la Academia China de Ciencias y la Universidad Real Instituto de Tecnología de Melbourne, se publicó en Nature Communications el 21 de abril.
A pesar de su altísima capacidad de almacenamiento de litio, el fósforo negro ha sufrido históricamente problemas de baja conductividad, cinética de reacción lenta y una importante expansión de volumen durante los ciclos de carga y descarga. Estas desventajas intrínsecas provocan una rápida disminución de la capacidad, especialmente durante la carga rápida.
Para solucionar este problema, los investigadores desarrollaron una estrategia de ingeniería de enlaces fósforo-nitrógeno (P-N) en la red cristalina, que permite una carga y descarga estable a velocidad ultraalta en ánodos de fosforeno negro (BP), un avance crucial para la aplicación práctica de baterías de carga rápida basadas en BP.
Al incorporar con precisión enlaces P-N en la red cristalina del BP a escala atómica, los investigadores debilitaron la covalencia de los enlaces P-P adyacentes. Esto induce la ruptura localizada de enlaces durante la litiación, activando los enlaces P-P para acelerar el transporte de carga e impulsar significativamente la cinética de las reacciones de conversión.
Aprovechando este avance, los investigadores fabricaron una celda tipo bolsa con un ánodo de BP y un cátodo de fosfato de hierro y litio (LFP), alcanzando una densidad de energía de 282 Wh/kg. Con una carga rápida, la celda alcanza el 80 % de su capacidad teórica en tan solo 10 minutos y mantiene un funcionamiento estable durante miles de ciclos, demostrando una excepcional ciclabilidad de carga rápida.
«Este trabajo establece un nuevo paradigma técnico para las baterías de almacenamiento de energía de alta energía y alta potencia de próxima generación. Impulsará el progreso tecnológico en vehículos de nueva energía, almacenamiento de energía en la red y equipos especializados de almacenamiento de energía», afirmó Wang Kai, autor principal del estudio.
Este estudio fue financiado por la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China, la Fundación de Ciencias Naturales del Municipio de Pekín y el Consejo Australiano de Investigación.
