La química de solvación integrada permite baterías de litio de alta energía

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La electroquímica
• Tecnología de baterías

Sus antecedentes:

• Las baterías de metal de litio de alta energía (LMB) requieren electrolitos que suprimen la reactividad del disolvente y promueven la reducción de aniones.
• Los diseños actuales de electrolitos luchan con el control de la estructura de solvación, lo que lleva a reacciones secundarias y un rendimiento limitado.
• El control inadecuado de las especies libres de disolventes y aniones dificulta el desarrollo de LMB estables y eficientes.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar una nueva estrategia de integración de la solvación para el diseño avanzado de electrolitos en LMB de alta energía.
• Minimizar la reactividad de las moléculas y aniones del disolvente confinándolos dentro de la primera vaina de solvación.
• Para mejorar la cinética de Li+ y la estabilidad de la interfaz para un rendimiento robusto de la batería.

Principales métodos:

• Se empleó una estrategia de integración de solvación utilizando fluorobenzeno litiofílico (trifluorometoxi) (TFMFB) para mejorar la afinidad de Li+ y la cinética del disolvente.
• Se utilizó ciclohexano lipofílico (trifluorometil) (FMCH) para crear una barrera cinética externa, inhibiendo la desolución del disolvente/anión.
• Celdas de bolsa construidas sin ánodo CuLiNi0.5Co0.2Mn0.3O2 (NCM523) y LiLiNi0.9Co0.05Mn0.05O2 (NCM955) con el electrolito integrado por solvación (SIE) a medida.

Principales resultados:

• La configuración litiofílica interna y externa confinó sinérgicamente las especies reactivas, mejorando la estabilidad de la oxidación.
• Las células de bolsa NCM523 sin ánodo con SIE lograron una retención de capacidad del 80% después de 120 ciclos.
• Una célula de bolsa NCM955 de 10 Ah con electrolito ultrafino (1,1 g Ah-1) demostró una densidad de energía ultraalta de 568 Wh kg-1.

Conclusiones:

• La estrategia de integración de solvación minimiza efectivamente la reactividad del electrolito y promueve una química interfacial estable en los LMB.
• Este enfoque permite un rendimiento robusto y densidades de energía ultra altas, abordando los desafíos clave en el desarrollo práctico de LMB de alta energía.
• El concepto propuesto ofrece una guía prometedora para el diseño de electrolitos avanzados para baterías de metal de litio de próxima generación.