Fácil síntesis de electrolitos sólidos inorgánicos de litio para baterías de alto voltaje de estado sólido

Área de la Ciencia:

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

Sus antecedentes:

• Los electrolitos sólidos a base de hidroborato (SE) son ecológicos y no inflamables, lo que los hace prometedores para el almacenamiento de energía.
• Los SE de hidroborato actuales sufren de baja conductividad iónica y poca compatibilidad con la alta tensión, lo que dificulta su aplicación práctica.
• Se necesitan SE avanzados que ofrezcan una alta conductividad iónica e interfaces estables para las baterías de próxima generación.

Objetivo del estudio:

• Diseñar un nuevo electrolito sólido de hidroborato con mayor conductividad iónica y estabilidad electroquímica.
• Abordar las limitaciones de la conductividad iónica insuficiente y la escasa compatibilidad de alta tensión en los SE de hidroborato existentes.
• Para demostrar el potencial del material para su uso en baterías de iones de litio de alto rendimiento.

Principales métodos:

• Un nuevo hidroborato SE, 400-0.6Li₂B₁₂H₁₂-0.4LiI (400-0.6B₁₂-0.4I), fue sintetizado mediante procesamiento a alta temperatura (400 °C) y dopaje de LiI.
• La conductividad iónica se midió a 25 °C.
• Se evaluó la estabilidad del ciclo frente a los ánodos metálicos de litio y la compatibilidad con los cátodos de alto voltaje (LiCoO₂, NCM811, LiMn₂, O₄).

Principales resultados:

• El 400-0.6B₁₂-0.4I sintetizado exhibió una conductividad iónica de 0.75 mS cm^-1 a 25 °C, la más alta reportada para SEs inorgánicos basados en Li₂B₁₂H_12.
• El SE demostró una mejor estabilidad de ciclo con ánodos metálicos de litio, suprimiendo el crecimiento de dendrito (densidad crítica de corriente de 5,0 mA cm) y permitiendo más de 1000 horas de ciclo en células simétricas de Li.
• El material mostró un excelente rendimiento de ciclo con materiales de cátodo de alta tensión (> 4 V frente a Li⁺/Li).

Conclusiones:

• El electrolito sólido diseñado 400-0.6B₁₂-0.4I ofrece una conductividad iónica superior y estabilidad electroquímica.
• Este nuevo SE suprime efectivamente el crecimiento de la dendrita de litio y exhibe una excelente compatibilidad con los cátodos de alto voltaje.
• Los hallazgos proporcionan información valiosa para el diseño de electrolitos sólidos avanzados para baterías de iones de litio de próxima generación.