Un nuevo estudio publicado en Carbon Energy el 23 de septiembre de 2025 presenta una estrategia finamente ajustada que estabiliza los ánodos de litio metálico mediante la construcción de una interfaz sólida de electrolito artificial (SEI) rica en LiF, contrarrestando los efectos corrosivos de los aditivos retardantes de llama mientras mantiene una estabilidad de ciclado excepcional. La investigación, realizada por equipos de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Hebei, la Universidad de la Ciudad de Hong Kong y la Universidad de Hainan, aborda un desafío crítico en el desarrollo de baterías: cómo lograr tanto seguridad contra incendios como rendimiento a largo plazo en baterías de litio metálico de alta densidad energética.
Las baterías de litio metálico ofrecen una capacidad teórica excepcional, pero enfrentan desafíos prácticos que incluyen el crecimiento de dendritas, la química interfacial inestable y la inflamabilidad de los electrolitos convencionales. Si bien los electrolitos de polímero gel mejoran la seguridad, normalmente requieren grandes cantidades de retardantes de llama como el trifosfato de trifenilo (TPP), que mejoran la resistencia al fuego pero tienden a penetrar la SEI y desencadenar reacciones de descomposición que corroen severamente el litio. Esta corrosión acorta drásticamente la vida útil de la batería, creando una necesidad apremiante de diseños de interfaz y electrolito que garanticen tanto la retardancia de llama como la estabilidad del ánodo a largo plazo.
Los investigadores desarrollaron un electrolito de polímero gel retardante de llama con alta carga de TPP utilizando una técnica de electrohilado coaxial, creando un diseño de doble confinamiento con un núcleo compuesto de TPP/PVDF-HFP encapsulado dentro de una cáscara de PAN/PVDF-HFP. Esta estructura, detallada en el estudio publicado en https://doi.org/10.1002/cey2.70077, mantiene una alta retardancia de llama mientras limita las reacciones secundarias corrosivas mediante fuertes interacciones químicas y contención física. Para fortalecer aún más la interfaz del ánodo, el equipo sumergió el litio metálico en un electrolito que contenía un 5% de FEC, produciendo una capa SEI uniforme y densa rica en LiF que bloquea la penetración del TPP y reduce sustancialmente la corrosión del ánodo.
Las pruebas electroquímicas validaron la efectividad del diseño. Las celdas Li||Li operaron de manera estable durante 2400 horas a 0.5 mA cm⁻² y 1500 horas a 5 mA cm⁻². En configuraciones de celda completa, las celdas LFP||Li mantuvieron el 98.9% de su capacidad después de 1500 ciclos a 1 C y preservaron el 81.7% de capacidad después de 6000 ciclos a 10 C, demostrando una resistencia excepcional en condiciones de carga rápida. El científico principal correspondiente señaló que la ingeniería precisa de interfaz es esencial para avanzar tanto en seguridad como en durabilidad, afirmando que la integración de un electrolito retardante de llama de doble confinamiento con una SEI artificial rica en LiF resuelve el conflicto de larga data entre protección contra incendios y estabilidad del ánodo.
Esta estrategia combinada de SEI-electrolito representa una dirección prometedora para desarrollar baterías de litio metálico de alto rendimiento e intrínsecamente más seguras, adecuadas para vehículos eléctricos, almacenamiento a nivel de red, sistemas aeroespaciales y celdas flexibles de bolsa de próxima generación. El principio de diseño subyacente—combinar confinamiento químico, encapsulación estructural e ingeniería deliberada de SEI—potencialmente puede aplicarse a otros ánodos reactivos y cátodos de alto voltaje. A medida que la demanda global de baterías de alta energía se intensifica junto con estrictos requisitos de seguridad, este enfoque puede acelerar la adopción práctica de tecnologías de litio metálico que previamente estaban limitadas por compensaciones entre seguridad y rendimiento.
