La reflectometría de neutrones in situ revela el microambiente interfacial que impulsa la síntesis electroquímica del...

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La electroquímica
• Ciencias de la superficie

Sus antecedentes:

• Las interfaces electrificadas son cruciales para los sistemas energéticos, pero su complejidad en condiciones de funcionamiento es un desafío.
• La comprensión del entorno de la interfase sólido-electrolito (SEI) a nanoescala es vital para la producción eficiente de amoníaco a través de la reducción de nitrógeno mediada por litio (Li-N2R).

Objetivo del estudio:

• Investigar la formación y la estructura de las IES en condiciones de Li-N2R utilizando la reflectometría de neutrones con resolución temporal (NR).
• Para comparar el rendimiento de los electrolitos basados en LiBF4 frente a los electrolitos basados en LiClO4 en la formación de SEI.
• Para aclarar los roles de los donantes de protones y los disolventes en la evolución SEI.

Principales métodos:

• Se empleó la reflectometría de neutrones con resolución temporal (NR) para observar la formación de SEI in situ.
• Se utilizaron métodos de contraste isotópico utilizando d6-EtOH y d8-THF para el seguimiento del crecimiento de SEI con resolución temporal.
• Se utilizó la absorción de neutrones para detectar la presencia de elementos específicos en el SEI.

Principales resultados:

• Los electrolitos basados en LiBF4 arrojaron un SEI más definido en comparación con LiClO4.
• El SEI derivado de LiBF4 se presentó inicialmente como una capa externa gruesa y difusa y una capa interna delgada y compacta bajo ciclos de baja corriente.
• El aumento de los ciclos de corriente llevó a la fusión de estas capas en una sola capa SEI.
• Los donantes de protones influyeron en la capa interna del SEI, mientras que los disolventes afectaron la capa externa.
• Se observó un crecimiento dendrítico de litio sin un donante de protones.
• La presencia de boro en el SEI se confirmó mediante la absorción de neutrones.

Conclusiones:

• El estudio revela la estructura dinámica, en capas, del SEI en condiciones de Li-N2R, que es sensible a la composición de electrolitos y a los parámetros de ciclo.
• Los hallazgos ponen de relieve la importancia del diseño del electrolito, en particular el papel del anión (BF4-), en la formación de un SEI estable.
• Los métodos NR desarrollados in situ proporcionan una herramienta poderosa para estudiar los fenómenos interfaciales en los sistemas de almacenamiento y conversión de energía.