Batería de iones de litio acuosa habilitada por la química de conversión-intercalación de halógenos en grafito

Área de la Ciencia:

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

Sus antecedentes:

• Las baterías de iones de litio acuosas (ALIB) ofrecen una mayor seguridad, pero están limitadas por las bajas densidades de energía.
• Los electrolitos de agua en sal expanden la ventana electroquímica de los ALIB a 3-4 voltios.
• Los ALIB actuales sufren de bajas capacidades de intercalación de litio en los cátodos de óxido de metal de transición.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar un material de cátodo de alta capacidad para ALIB.
• Para lograr densidades de energía más altas en baterías de iones de litio acuosas.
• Para explorar nuevos mecanismos electroquímicos más allá de la intercalación tradicional.

Principales métodos:

• Investigó la química de la conversión-intercalación de halógenos en el grafito.
• Sintetizó y caracterizó un material de electrodo compuesto (C3.5[Br0.5Cl0.5]).
• Se ensambló y probó una celda llena de iones de litio acuosa de clase 4 voltios con un ánodo de grafito pasivado.

Principales resultados:

• Se obtiene una capacidad específica de 243 mAh/g para el electrodo compuesto a 4,2 V frente a Li/Li+.
• Se ha demostrado la formación reversible de un compuesto de intercalación de grafito en la etapa I en un electrolito de agua en bisalto.
• La célula completa exhibió una densidad de energía de 460 Wh/kg y una eficiencia de Coulomb de ~100%.

Conclusiones:

• El nuevo mecanismo de conversión de aniones aumenta significativamente la densidad de energía de ALIB.
• Este enfoque combina reacciones de conversión de alta energía con la reversibilidad de la intercalación.
• El sistema desarrollado ofrece una alternativa más segura para el almacenamiento de energía acuosa de alto rendimiento.