Solvación de iones sintonizada de efecto estérico que permite el ciclo estable de la batería de metal de litio de...

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La electroquímica
• Ingeniería Química

Sus antecedentes:

• El 1,2-dimetoxietano (DME) es un disolvente electrolítico común para baterías de metal de litio, pero se enfrenta a desafíos en la eficiencia de Coulombic y la estabilidad de alto voltaje.
• Los electrolitos existentes basados en DME muestran limitaciones para la ciclabilidad a largo plazo en celdas completas de alta tensión.

Objetivo del estudio:

• Introducir un principio de diseño molecular que utilice el obstáculo estérico para ajustar las estructuras de solvación de iones Li+.
• Investigar el potencial del 1,2-dietoxietano (DEE) como disolvente electrolítico mejorado que el DME.
• Para mejorar la estabilidad de la interfaz tanto en el ánodo de litio como en el cátodo en las baterías de litio de alto voltaje.

Principales métodos:

• Diseño molecular mediante la sustitución de grupos methoxy con grupos etoxy más grandes en DME para crear DEE.
• Utilizando el obstáculo estérico para influir en las estructuras de solvación y crear capas de solvación internas ricas en aniones.
• Análisis experimental y computacional de la estabilidad electroquímica de los electrolitos LiFSI/DEE.

Principales resultados:

• El diseño basado en el efecto estérico utilizando DEE demostró una mejor estabilidad electroquímica en comparación con DME.
• En pruebas rigurosas de celda completa (4,8 mAh cm-2 NMC811, corte de 4,4 V), los electrolitos LiFSI/DEE lograron 182 ciclos con una retención de capacidad del 80%.
• Los electrolitos LiFSI/DME en las mismas condiciones solo lograron 94 ciclos, lo que pone de relieve el rendimiento superior del DEE.

Conclusiones:

• El diseño molecular de disolventes de electrolitos a base de éter, como el DEE, ofrece una estrategia prometedora para baterías de litio de alto voltaje prácticas.
• El obstáculo estérico es un principio eficaz para ajustar las estructuras de solvatación y mejorar la estabilidad de la interfaz.
• El electrolito LiFSI/DEE desarrollado muestra un potencial significativo para avanzar en la tecnología de baterías de metal de litio.