Electrolitos concentrados a base de aniones de Hückel para baterías de litio-azufre

Área de la Ciencia:

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

Sus antecedentes:

• Las baterías de litio-azufre (Li-S) ofrecen una alta densidad de energía teórica, pero sufren de traslado de polisulfuro.
• Los electrolitos convencionales, como los con litio bis (trifluorometanosulfonil) imida (LiTFSI), luchan por suprimir este problema.
• Las sales de litio basadas en aniones de Hückel se exploran como componentes electrolíticos avanzados para baterías Li-S.

Objetivo del estudio:

• Investigar sistemáticamente los electrolitos basados en aniones de Hückel (LiTDI, LiPDI, LiHDI) en un disolvente DOL:DME para baterías Li-S.
• Comprender el impacto de la concentración de sal en la asociación iónica, la solvación y el rendimiento electroquímico.
• Elucidar el mecanismo de mitigación del polisulfuro utilizando técnicas espectroscópicas y de modelado avanzadas.

Principales métodos:

• Pruebas de ciclo electroquímico para la evaluación del rendimiento de la batería.
• Espectroscopia de Raman (incluyendo *operando*) para estudiar la evolución del polisulfuro de litio (LiPS).
• Mediciones de conductividad iónica y viscosidad para caracterizar las propiedades de los electrolitos.
• Simulaciones de dinámica molecular para el análisis de la solvación iónica.
• Modelado COSMO-RS para las predicciones de solubilidad.

Principales resultados:

• Los electrolitos basados en aniones de Hückel demuestran capacidades de descarga estables en las células Li-S.
• Se encontró que el aumento de las concentraciones de sal reduce la solubilidad de LiPS y retrasa su disolución y difusión.
• Las simulaciones de MD confirmaron la solución preferencial de Li+ por DME, que influye en el comportamiento de los iones.
• La espectroscopia de Raman y el modelado de COSMO-RS corroboraron la mitigación del efecto lanzadera de LiPS.

Conclusiones:

• Los electrolitos basados en aniones de Hückel, especialmente en concentraciones más altas, suprimen efectivamente el transporte de LiPS en las baterías de Li-S.
• Estos electrolitos ofrecen una alternativa prometedora al LiTFSI convencional para mejorar el rendimiento y la estabilidad de la batería Li-S.
• Los hallazgos allanan el camino para el desarrollo de tecnologías de baterías Li-S de alto rendimiento de próxima generación.