Electrolito térmicamente estable para batería de litio-oxígeno y su versión sin metal

Área de la Ciencia:

• Electroquímica
• Ciencia de materiales
• Almacenamiento de energía

Sus antecedentes:

• El dimetoxipoli(etilenglicol) (PEGDME 250) es un disolvente prometedor para celdas de litio-oxígeno (Li-O₂) debido a su baja volatilidad y alta estabilidad térmica.
• La composición del electrolito es fundamental para optimizar el rendimiento de las celdas Li-O₂, influyendo en la conductividad, la estabilidad y la capacidad.

Objetivo del estudio:

• Investigar los efectos combinados de bis(trifluorometanosulfonil)imida de litio (LiTFSI) y nitrato de litio (LiNO₃) en las propiedades químicas y electroquímicas de los electrolitos a base de PEGDME 250.
• Evaluar el impacto de LiNO₃ en la interfase de electrolito sólido (SEI), la estabilidad del metal de litio y el rendimiento general de la celda Li-O₂.
• Evaluar la mejora del rendimiento tanto en celdas de litio-oxígeno como sin metal (Li-ion) que utilizan estos electrolitos optimizados.

Principales métodos:

• Caracterización electroquímica de electrolitos de PEGDME 250 que contienen LiTFSI y LiNO₃.
• Análisis de las interacciones sal-disolvente y su influencia en las propiedades térmicas del electrolito.
• Pruebas de rendimiento de celdas Li-O₂ con y sin adición de LiNO₃, incluida la capacidad y la estabilidad del ciclo.
• Evaluación de celdas Li-ion sin metal con ánodos de aleación de O₂ y Li_xSn@C utilizando los electrolitos desarrollados.

Principales resultados:

• Los electrolitos exhibieron conductividad de ~10^-3 S cm^-1 a 85 °C a ~10^-4 S cm^-1 a -7 °C, con un número de transferencia de Li⁺ (t₊) cercano a 0.6.
• La incorporación de LiNO₃ mejoró la interfase de electrolito sólido (SEI), estabilizó el metal de litio y mejoró la conductividad por debajo de 61 °C.
• Las celdas Li-O₂ con LiNO₃ mostraron capacidades reversibles significativamente mayores (4500 mAh g^-1) en comparación con las que no lo tenían (2000 mAh g^-1) bajo condiciones de corte de voltaje.
• Las celdas Li-ion sin metal demostraron un rendimiento mejorado con capacidades que van desde 50 a 450 mAh g^-1.

Conclusiones:

• La combinación de LiTFSI y LiNO₃ en electrolitos de PEGDME 250 ofrece una vía hacia celdas Li-O₂ y Li-ion sin metal de alta energía y estables.
• LiNO₃ juega un papel crucial en la mejora de la formación de SEI y en la mejora de la conductividad del electrolito y el rendimiento electroquímico.
• Estos hallazgos respaldan el desarrollo de sistemas de almacenamiento de alta energía rentables y ambientalmente sostenibles.