Mecanismo de conducción y química interfacial de un electrolito compuesto NASICON/polímero

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La electroquímica
• Química del estado sólido

Sus antecedentes:

• La comprensión de los entornos locales de iones de litio (Li +) y los mecanismos de conducción en electrolitos de polímeros sólidos (SPE), en particular los compuestos de cerámica / polímeros, es crucial para el desarrollo de electrolitos avanzados.
• La baja conductividad Li + a temperatura ambiente y la alta resistencia interfacial con ánodos de litio metálicos limitan la aplicación práctica de membranas de polímero en baterías.

Objetivo del estudio:

• Para elucidar los mecanismos de distribución y transporte de Li+ en un nuevo electrolito de polímero compuesto NASICON-LiZr2(PO4) a base de óxido de polietileno (PEO).
• Investigar la influencia de la concentración de sales de litio y el contenido de relleno cerámico en los ambientes de litio+ y la conductividad.
• Evaluar la estabilidad interfacial y el rendimiento del electrolito compuesto en aplicaciones de baterías de litio.

Principales métodos:

• Se utilizó el tiempo de relajación de 7Li y la espectroscopia de Resonancia Magnética Nuclear (RMN) de intercambio de trazas de 6Li → 7Li para sondear la dinámica de Li+.
• Se investigó un compuesto NASICON-LiZr2 (PO4) 3 a base de óxido de polietileno (PEO) con composiciones variables.
• Las celdas de Li/Li simétricas y las celdas de Li/LiFePO4 y Li/LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 en estado sólido fabricadas y sometidas a ensayo.

Principales resultados:

• Se identificaron dos entornos locales de Li+ distintos, con poblaciones dependientes de la concentración de sales de Li y el contenido de relleno cerámico (LZP).
• Un compuesto con una relación [EO]/[Li+] de n=10 y 25 wt% de relleno de LZP exhibió una alta conductividad de Li+ (1,2 × 10-4 S cm-1 a 30 °C) y una baja energía de activación.
• Una capa de interfase de electrolito sólido (SEI) formada in situ entre el LZP y el ánodo de litio estabilizó la interfaz y redujo la resistencia.

Conclusiones:

• El electrolito compuesto NASICON-LiZr2(PO4)3 basado en PEO ofrece una mayor conductividad de Li+ y mejores propiedades de interfaz para baterías de estado sólido.
• El entorno móvil A2 Li+ contribuye significativamente a la alta conductividad iónica.
• La interfaz estabilizada permite un buen rendimiento de ciclo en configuraciones de batería simétricas y de estado sólido a temperaturas elevadas.