Electrolitos halogenados de tierras raras de alta entropía con estabilidad de ciclo mejorada y rentabilidad

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La electroquímica
• Química del estado sólido

Sus antecedentes:

• Los electrolitos de estado sólido de halogenuros de tierras raras (SSEs) son de gran interés para las baterías de estado sólido (ASSB).
• El alto costo de los recursos de tierras raras y el bajo rendimiento del ciclo limitan su aplicación práctica.
• El desarrollo de SSE rentables y estables es crucial para el avance de la tecnología de baterías.

Objetivo del estudio:

• Diseñar y sintetizar nuevos electrolitos halogenados de tierras raras de alta entropía.
• Para evaluar su conductividad iónica, estabilidad electroquímica y rendimiento de ciclo en ASSB.
• Explorar el potencial del diseño de alta entropía para mejorar las SSE de haluros de tierras raras.

Principales métodos:

• Diseño racional de dos electrolitos halogenados de tierras raras de alta entropía: Li$_{2.6}${Y,Ho,Er,Tm,Yb) Cl$_{5.6}$ (HEE-1) y Li$_{2.6}${Y,Ho,Er,Tm,Yb) $_{0.5}$Zr$_{0.5}$Cl$_{6.1}$ (HEE-2).
• Incorporación de cinco elementos de tierras raras seleccionados para la rentabilidad.
• Fabricación y ensayo de ASSB a escala de laboratorio utilizando los electrolitos desarrollados.

Principales resultados:

• HEE-1 y HEE-2 exhiben una alta conductividad iónica de 0,52 mS·cm^{-1}$ y 1,46 mS·cm^{-1}$ a 25 °C.
• Los ASSB con HEE-1 y HEE-2 muestran una compatibilidad superior con alta tensión y estabilidad en ciclos largos.
• Las retenciones de capacidad del 96,2% (HEE-1) y del 88,1% (HEE-2) después de 200 ciclos a 4,5 V; HEE-2 mantiene el 91,4% después de 1000 ciclos a 3C.

Conclusiones:

• La estrategia de diseño de alta entropía mejora efectivamente las propiedades de las SSE de halogenuros de tierras raras.
• Estos nuevos electrolitos demuestran una rentabilidad y un rendimiento prometedores para los ASSB.
• Los hallazgos sugieren un potencial comercial mejorado para las SSE de halogenuros de tierras raras a través del diseño de materiales avanzados.