Con el rápido desarrollo de vehículos eléctricos y aviones eléctricos de nueva energía, la demanda de autonomía de conducción ampliada en ambos depende cada vez más de baterías de iones de litio- (LIB) energéticamente{0}}densas.
Dec 08, 2025
Con el rápido desarrollo de vehículos eléctricos y aviones eléctricos de nueva energía, la demanda de autonomía de conducción ampliada en ambos depende cada vez más de baterías de iones de litio- (LIB) energéticamente{0}}densas.
Actualmente, en las baterías líquidas tradicionales, la longitud efectiva de la ruta de transporte de los iones Li+ dentro del electrodo poroso es crucial. Esta longitud aumenta con la carga real, lo que limita directamente el rendimiento de la carga rápida-. Se han propuesto varias estrategias en la industria, entre las cuales el adelgazamiento de los electrodos es uno de los principales métodos para mejorar el rendimiento de la velocidad, pero este método tiene un costo de densidad de energía de la batería.
Las baterías de estado sólido-, como objetivo final de las baterías, enfrentan desafíos que van más allá del rendimiento y el costo; Uno de los mayores obstáculos es resolver el problema de la formación de dendritas de litio. El litio metálico es el material de ánodo más prometedor para las baterías, pero el crecimiento de dendritas, la alta reactividad del litio y la expansión del volumen plantean riesgos de seguridad para las baterías de litio metálico, lo que dificulta la aplicación práctica de los ánodos de litio metálico en baterías recargables.
Estos dos principales puntos débiles apuntan actualmente a la misma solución: cobre espumado. El cobre espumado, también conocido como cobre 3D, es un nuevo material para baterías con muchas propiedades y ventajas únicas. El cobre espumado es un material metálico con una gran cantidad de poros interconectados uniformemente distribuidos, que exhibe buena conductividad y ductilidad. En aplicaciones de baterías de iones de litio-, en comparación con los colectores de corriente de lámina de cobre de primera-generación y los colectores de corriente compuestos de segunda-generación, los colectores de corriente de metal espumado representan la tercera generación. Este colector de corriente de tercera-generación también es un factor clave que determina si China puede ser el primer país del mundo en lograr la industrialización de todas las-baterías de estado sólido-.
En primer lugar, el cobre espumado, como material de batería, posee una alta conductividad, lo que ayuda a mejorar la eficiencia de carga y descarga de la batería. Su estructura porosa aumenta el área de contacto entre el electrodo y el electrolito, mejorando así la densidad de energía y la estabilidad del ciclo de la batería. Los colectores de corriente tradicionales (TCC), como las láminas de metal sólido que incluyen Cu y Al, carecen de porosidad y son impermeables al electrolito. Por lo tanto, estos TCC no facilitan el transporte de Li+ y limitan el transporte de Li+ entre electrodos a un solo lado, lo que restringe el rendimiento de la carga rápida-.
Por el contrario, el diseño poroso del cobre espumado permite que los iones Li+ pasen a través del colector de corriente y el separador simultáneamente, reduciendo así a la mitad la distancia efectiva de transporte de Li+ y aumentando cuatro veces el rendimiento de la tasa de difusión-C-limitada sin afectar la densidad de energía. Actualmente, los principales fabricantes nacionales e internacionales de baterías de alta-eficiencia han realizado estudios comparativos. Según el último artículo de Nature, las baterías que utilizan este colector de corriente exhiben una alta energía específica (276 Wh kg⁻¹) y capacidades de carga rápida-importantes, funcionando a velocidades de 4 C (78,3 % C/C), 6 C (70,5 % C/C) y 10 C (54,3 % C/C). Este diseño poroso del colector de corriente es compatible con los procesos de fabricación de baterías existentes y otras estrategias de carga rápida-, lo que enriquece las configuraciones de las baterías y proporciona mejores ideas para diseñar baterías de próxima-generación.
En segundo lugar, con respecto al mayor problema en las-baterías de estado sólido-formación de dendritas de litio-la gran superficie de la espuma de cobre expande efectivamente el área del electrodo, proporcionando más sitios activos para reacciones electroquímicas. Esto conduce a una mayor densidad de corriente y capacidad de la batería. Más importante aún, el área de reacción más grande significa una corriente unitaria más pequeña, lo que mejorará en gran medida la formación de dendritas de litio. Ya se utiliza ampliamente en baterías de estado-condensado y de estado sólido-en los laboratorios de los principales fabricantes de baterías.
Además, la espuma de cobre también tiene buena resistencia mecánica y estabilidad, capaz de soportar la tensión generada durante el ciclo de la batería, lo que prolonga su vida útil. Esto también resulta muy atractivo para las baterías de estado sólido-.
Cada batería de GWh requiere 700 toneladas de cobre para 6 m de lámina de cobre, y el colector de corriente compuesto pesa alrededor de 300 toneladas, lo que requiere alrededor de 250 toneladas de cobre. El cobre espumado sólo requiere unas 100 toneladas. La reducción significativa en el uso de cobre, dada la expectativa actual de aumentos-en el precio del cobre a largo plazo, no solo puede ahorrar muchos costos sino también mejorar significativamente la densidad de energía de la batería.
