La estrategia de diseño de electrolitos push-pull permite baterías de litio de alta tensión y baja temperatura

Área de la Ciencia:

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

Sus antecedentes:

• Las baterías de metal de litio (Li) ofrecen una alta densidad de energía, pero sufren de un mal rendimiento a baja temperatura debido al lento transporte de carga y las interfases inestables.
• Los electrolitos convencionales impiden la desolución de iones de litio y promueven la descomposición del disolvente a bajas temperaturas.
• Las estructuras de solvatación existentes en los electrolitos impiden el transporte eficiente de iones de litio a temperaturas ultrabajas.

Objetivo del estudio:

• Diseñar un nuevo sistema de electrolitos para mejorar el rendimiento de las baterías de litio en temperaturas ultrabajas.
• Investigar el papel del potencial electrostático molecular (ESP) en el diseño de cosolventes de electrolitos óptimos.
• Mejorar la cinética del transporte de carga y la estabilidad entre fases en las baterías de litio-metal que funcionan a -40 °C.

Principales métodos:

• Se utilizó el cribado del potencial electrostático molecular (ESP) para identificar el trifluorometanesulfonato de 2,2-difluoroetil (DTF) como un cosolvente óptimo.
• Diseñó una estrategia de electrolitos "push-pull" aprovechando las propiedades electrónicas únicas del DTF.
• Las celdas de LiNi_0.8Mn_0.1Co_0.1O₂ (NMC811) fueron probadas con el electrolito diseñado a -40 °C.

Principales resultados:

• El cosolvente DTF equilibró la afinidad de iones de litio, facilitando la desolución y reconstruyendo las estructuras de solvación.
• El electrolito diseñado permitió una cinética de transferencia de carga rápida y formó interfasas robustas y ricas en inorgánicos.
• Las celdas NMC811adoseLi lograron un ciclo estable a -40 °C, entregando una capacidad de >153 mAh g^-1 y conservando >93% después de 100 ciclos a 4,8 V.

Conclusiones:

• La estrategia de diseño de electrolitos push-pull mejora efectivamente el rendimiento a baja temperatura de las baterías de metal de litio.
• El DTF como cosolvente promueve una desolución eficiente de iones de litio y una formación de interfase estable.
• Esta investigación permite avanzar en el desarrollo de electrolitos para baterías que funcionan en condiciones de temperatura extrema.