Conocimientos críticos sobre la elección del disolvente para los electrolitos organosulfurados de alto voltaje

Área de la Ciencia:

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

Sus antecedentes:

• Los electrolitos organosulfurados ofrecen una estabilidad oxidativa superior para los cátodos de alta tensión en comparación con los sistemas de carbonato.
• Sin embargo, su viscosidad y mala pasivación del ánodo limitan las tasas de carga/descarga, lo que requiere aditivos.
• Los carbonatos fluorados cíclicos (CFC) se exploran como agentes de pasivación para mejorar el rendimiento de los electrolitos.

Objetivo del estudio:

• Investigar el uso de CFC en formulaciones de electrolitos para aplicaciones de cátodos de alto voltaje.
• Optimizar el rendimiento de los electrolitos mediante la formación de interfases de pasivación efectivas en las superficies de los electrodos.
• Identificar los factores clave para la compatibilidad de los electrolitos en los sistemas de baterías de alto voltaje.

Principales métodos:

• Se han probado formulaciones de electrolitos con 1,2 M LiPF6 en mezclas de CFC: sulfona:1,1,2,2-tetrafluoroetil-2,2,3,3-tetrafluoropropiléter (TTE).
• Se utilizaron configuraciones de célula completa con cátodos LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2 (FCG-NMC) y un potencial de corte superior de 4,5 V.
• Se analizaron la resistencia a los electrolitos, la pérdida de capacidad y los mecanismos de falla.

Principales resultados:

• La combinación de carbonato de 3-3-3-trifluoropropileno (TFPC) y etilmetilsulfona (EMS) demostró un rendimiento óptimo.
• Los electrolitos TFPC/EMS presentaron una menor acumulación de resistencia y una menor pérdida de capacidad en comparación con los electrolitos comerciales.
• Las formulaciones de carbonato de fluoroetileno (FEC) mostraron una rápida pérdida de capacidad debido a una pasivación inadecuada, a pesar de una mayor conductividad iónica.

Conclusiones:

• TFPC y EMS son eficaces para mejorar la estabilidad del ciclo y reducir la resistencia celular en electrolitos de alto voltaje.
• La selección cuidadosa de carbonatos y disolventes sulfónicos pasivos es crucial para mejorar el rendimiento de los electrolitos.
• Esta investigación amplía la viabilidad de los sistemas de electrolitos avanzados para aplicaciones de almacenamiento de energía de alto voltaje.