Electrolitos de solventes débiles para baterías metálicas de sodio seguras y de carga rápida

Área de la Ciencia:

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

Sus antecedentes:

• Las baterías de metal de sodio de alto rendimiento (SMB) requieren electrolitos con excelente compatibilidad de electrodos, baja energía de solvatación y no inflamabilidad.
• Los electrolitos de éster de carbonato convencionales en las PYME sufren una alta energía de desolución de Na+ y una mala compatibilidad del ánodo, lo que dificulta el rendimiento y causa degradación.

Objetivo del estudio:

• Diseñar y desarrollar electrolitos de solvatación débil (WSEs) para mejorar el rendimiento y la seguridad de las baterías de metal de sodio.
• Investigar el mecanismo de polarización de moléculas de disolventes inducida por éter ionizado para lograr una baja energía de disolución en electrolitos.

Principales métodos:

• Un nuevo diseño de WSE que utiliza una estrategia de polarización de moléculas de disolvente inducida por éter ionizado.
• El uso de cationes de pirrolidina para inducir el obstáculo estérico y los efectos de retirada de electrones, debilitando la capacidad de solvatación.
• Análisis de las interacciones de polarización intermolecular para lograr una baja energía de solvatación en electrolitos basados en ésteres de carbonato.

Principales resultados:

• Los WSEs desarrollados demuestran una rápida cinética de migración de Na+ y una interfaz electrodo/electrolito reforzada por el campo eléctrico.
• Las baterías Na3V2 ((PO4) 3 mostraron una retención de capacidad del 83,5% después de 500 ciclos a 10C (99,69% de CE promedio).
• Las celdas Na2Fe2 ((SO4) 3 mantuvieron una retención de capacidad del 92,8% después de 1000 ciclos a 5C (99,77% de CE promedio) a 4,5 V, con una mayor seguridad debido al éter ionizado.

Conclusiones:

• Las ESM promueven la estabilidad y la reversibilidad de las PYME, incluso con tasas elevadas.
• Los WSEs ionizados basados en éter ofrecen una alternativa segura al eliminar los riesgos de incendio.
• Esta investigación proporciona información valiosa para el diseño de WSEs avanzados para baterías de metal de sodio de alto rendimiento y seguras.