Influencia de los aditivos electrolíticos en la estabilidad interfacial de los cátodos de las baterías de iones de...

Área de la Ciencia:

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

Sus antecedentes:

• Los cátodos libres de cobalto, ricos en litio y manganeso (LMR-NM) ofrecen una alternativa rentable para las baterías de iones de litio, pero sufren una escasa estabilidad de ciclo a largo plazo.
• Los cátodos tradicionales que contienen cobalto se enfrentan a desafíos de costo y cadena de suministro, lo que impulsa la necesidad de soluciones de materiales abundantes en la tierra.

Objetivo del estudio:

• Investigar la eficacia de los aditivos electrolíticos, específicamente el difluoro-oxalato-borato de litio (LiDFOB), el fosfito tris-trimetilsililo (TMSPi) y el carbonato de vinilo (VC), en la mejora del rendimiento en el ciclo de las células LMR-NM.
• Establecer una relación estructura-función entre las características de la interfase del electrolito del cátodo (CEI) y el rendimiento electroquímico utilizando una caracterización avanzada a nanoescala.

Principales métodos:

• Ciclo electroquímico de las células LMR-NM con varias combinaciones de aditivos electrolitos.
• Microscopía electrónica de transmisión por exploración criogénica (cryo-STEM) junto con espectroscopia de pérdida de energía electrónica (EELS) para el análisis a nanoescala del CEI.
• Análisis de la disolución de iones de Mn y morfología y química del CEI.

Principales resultados:

• La combinación de 2 por ciento en peso de TMSPi + 1 por ciento en peso de LiDFOB demostró un rendimiento superior en comparación con los aditivos individuales y el electrolito de referencia.
• Se logró una mejora del 28% en la capacidad específica después de un ciclo a largo plazo con la combinación de aditivos TMSPi + LiDFOB.
• Se encontró que el LiDFOB mitigó la disolución de iones de manganeso, estabilizando el Mn en la superficie del CEI, mientras que el TMSPi contribuyó a una estructura protectora del CEI (∼7-15 nm).

Conclusiones:

• La ingeniería de electrolitos, en particular el uso de TMSPi y LiDFOB, puede mejorar significativamente la estabilidad de ciclo a largo plazo y el rendimiento de los cátodos LMR-NM abundantes en tierra.
• El efecto sinérgico de LiDFOB y TMSPi mejora la formación y estabilidad de CEI, crucial para prevenir la degradación de electrolitos y mantener el rendimiento de la batería.
• Estos hallazgos allanan el camino para el desarrollo de baterías de iones de litio más asequibles y confiables para futuras aplicaciones de almacenamiento de energía.