Transición de disolución aniónica a bajas temperaturas para ánodos reversibles en baterías de litio y oxígeno

Área de la Ciencia:

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

Sus antecedentes:

• Las baterías de litio-oxígeno (Li-O2) ofrecen una alta densidad de energía, pero sufren de un mal rendimiento a baja temperatura debido a la coordinación del disolvente y las reacciones interfaciales.
• La fuerte coordinación del disolvente con los iones Li+ a bajas temperaturas dificulta el funcionamiento de la batería Li-O2 y causa daños irreversibles en el ánodo de Li.

Objetivo del estudio:

• Diseñar un nuevo electrolito para baterías de Li-O2 que mejore el rendimiento a baja temperatura.
• Investigar el efecto de la incorporación de éter metílico ciclopentílico (CME) en un electrolito basado en dimetoxietano (DME) en la función de la batería Li-O2 a bajas temperaturas.

Principales métodos:

• Incorporación de éter metílico ciclopentílico (CME) en un electrolito basado en dimetoxietano (DME) para baterías de Li-O2.
• Investigación de la estructura de solvatación y la dinámica de los iones Li+ mediante simulaciones de dinámica molecular.
• Análisis de la composición y las propiedades de la interfase de electrolito sólido (SEI) formada en el ánodo de litio.
• Evaluación del rendimiento electroquímico de las baterías de Li-O2 modificadas a bajas temperaturas.

Principales resultados:

• La incorporación de CME indujo una transición de solvación aniónica, promoviendo la coordinación aniónica a iones Li+ a temperatura ambiente y baja.
• El bajo tiempo de residencia de CME facilitó una desolución más rápida de Li+ a bajas temperaturas en comparación con el DME.
• Se formó una interfase de electrolito sólido rico en inorgánicos (SEI), que mejora el transporte de Li+ y suprime el crecimiento de la dendrita de litio.
• La batería de Li-O2 modificada demostró un ciclo estable durante 110 ciclos a -40 °C con una capacidad fija de 1000 mA hg-1.

Conclusiones:

• El nuevo electrolito CME-DME permite un funcionamiento eficaz de la batería Li-O2 a bajas temperaturas.
• Esta estrategia de diseño de electrolitos es prometedora para el desarrollo de soluciones avanzadas de almacenamiento de energía a baja temperatura.
• El estudio pone de relieve la importancia de la ingeniería de electrolitos para superar las limitaciones de rendimiento en las baterías de Li-O2.