Efecto de alta entropía inducido por el tamaño para el diseño optimizado de electrolitos de baterías de iones de...

Área de la Ciencia:

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

Sus antecedentes:

• El diseño de electrolitos es crucial para las baterías de iones de litio de alta energía (LIB), que enfrentan desafíos para equilibrar la conductividad y la estabilidad.
• El aumento de la entropía del electrolito ofrece una vía para mejorar la conductividad iónica sin comprometer la estabilidad electroquímica.

Objetivo del estudio:

• Investigar un efecto de alta entropía inducido por el tamaño para diseñar electrolitos LIB avanzados.
• Desarrollar y evaluar un nuevo electrolito de alta entropía (SHEE) de pequeño tamaño para mejorar el rendimiento de la batería, especialmente a bajas temperaturas.

Principales métodos:

• Desarrolló un electrolito de alta entropía inducido por el tamaño (SHEE) utilizando ésteres de pequeño tamaño.
• Caracterizó las propiedades del electrolito, incluida la entropía de configuración, la solvación de Li +, el punto de congelación y la conductividad iónica.
• Las celdas de litio NCM811 y las celdas en bolsa de grafito NCM811 probadas en diversas condiciones, incluidas temperaturas ultrabajas.

Principales resultados:

• El SHEE exhibió una mayor diversidad de configuración y entropía, lo que condujo a grupos de solvación de Li+ más pequeños y un punto de congelación más bajo (-96,6 °C).
• Alcanza una conductividad iónica tres veces mayor a -60 °C, mejora la humedecibilidad y facilita la disolución de Li+ en comparación con los electrolitos convencionales.
• Se ha demostrado una estabilidad de ciclo superior (2000 ciclos, 0,0162% de descomposición por ciclo a 10 °C) y una excelente capacidad de velocidad a bajas temperaturas (84,3% de retención a -60 °C) en las celdas Lifetime NCM811.

Conclusiones:

• La estrategia de diseño de alta entropía inducida por el tamaño es efectiva para crear electrolitos con un rendimiento superior a temperaturas extremas.
• SHEE permite la deposición uniforme de litio y la formación robusta de interfase cátodo-electrolito (CEI), crucial para la longevidad de la batería.
• El SHEE desarrollado promete aplicaciones prácticas para los LIB que operan en condiciones ambientales exigentes.