Un colector de corriente de Al poroso funcionalizado permite baterías sin ánodo de alta densidad de energía

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La electroquímica
• Almacenamiento de energía

Sus antecedentes:

• Las baterías de sodio (Na) sin ánodo prometen una alta densidad de energía, pero enfrentan desafíos como la rápida descomposición de la capacidad debido a la formación de dendrito de sodio y los cambios de volumen.
• El control de la deposición de metal de sodio es crucial para el funcionamiento estable y eficiente de la batería sin ánodo.

Objetivo del estudio:

• Diseñar e investigar un colector de corriente poroso de aluminio (Al) funcionalizado para modular el crecimiento de sodio en baterías Na sin ánodo.
• Mejorar la densidad de energía y la estabilidad del ciclo de las baterías de Na sin ánodo suprimiendo la formación de dendritas.

Principales métodos:

• Fabricación de un colector de corriente de Al poroso funcionalizado utilizando electrodeposición sin plantilla y separación física.
• Caracterización de la arquitectura porosa y su efecto sobre el flujo de iones de sodio y la distribución de la densidad de corriente.
• Pruebas electroquímicas de baterías de Na sin ánodo utilizando el colector de corriente de Al desarrollado.

Principales resultados:

• El colector de corriente de Al poroso presenta redes interconectadas de ligamentos y canales, lo que reduce la tensión estructural e inhibe la formación de dendritas.
• Los sitios sodiófilos abundantes en el huésped Al promueven la nucleación homogénea de Na y aumentan la cinética de la reacción.
• Las baterías de Na sin ánodo demostraron un recubrimiento/desprendimiento de Na sin dendrito con una alta reversibilidad.
• Una célula de bolsa de clase 4.3 V logró una densidad de energía de 420.4 Wh/kg y una retención de capacidad del 84.9% durante 100 ciclos.

Conclusiones:

• El colector de corriente de Al poroso funcionalizado controla eficazmente el crecimiento de Na, lo que permite el recubrimiento y la extracción sin dendrito.
• Este enfoque ofrece una vía viable para el desarrollo de baterías Na de alta densidad energética y estables sin ánodos.
• El estudio pone de relieve el potencial de los colectores de corriente a medida en el avance de las tecnologías de baterías de próxima generación.