Electrolito polimérico en gel estabilizado por interfaz para baterías de litio metálico de alto rendimiento

Área de la Ciencia:

• Ciencia de los materiales
• Electroquímica
• Ciencia de polímeros

Sus antecedentes:

• Las baterías de litio metálico requieren electrolitos con alta conductividad iónica, robustez mecánica y estabilidad interfacial.
• Los electrolitos existentes a menudo luchan por equilibrar estas propiedades críticas para aplicaciones de alto rendimiento.

Objetivo del estudio:

• Diseñar un novedoso electrolito polimérico en gel compuesto (GPE) para baterías avanzadas de litio metálico.
• Mejorar la conductividad iónica, la resistencia mecánica y la estabilidad interfacial a través de una composición de material única.

Principales métodos:

• Fabricación de un GPE utilizando marcos de polisiloxano funcionalizado con ciano (PCMS), plastificantes de dimetoxietilenglicol (DEGDME) y andamios de nanofibras de poliacrilonitrilo (PAN electrohilado).
• Caracterización de la conductividad iónica, el número de transferencia de Li⁺, la resistencia mecánica y la ventana de estabilidad electroquímica.
• Evaluación del rendimiento en celdas completas LiFePO4/GPE/Li y NCM811/GPE/Li.

Principales resultados:

• El GPE optimizado logró una alta conductividad iónica (3,3 × 10⁻³ S cm⁻¹ a 30 °C), un alto número de transferencia de Li⁺ (0,79) y una notable resistencia mecánica (3,9 MPa).
• El GPE exhibió una amplia ventana de estabilidad electroquímica (5,3 V) y un plateado/desplateado de litio estable durante 1000 horas.
• Las celdas completas demostraron una excelente estabilidad de ciclado, con celdas LiFePO4 reteniendo el 94,9% de la capacidad después de 500 ciclos y celdas NCM811 entregando 153,8 mAh g⁻¹ con una retención del 86,5% después de 150 ciclos.

Conclusiones:

• El GPE desarrollado ofrece una estrategia prometedora para baterías de litio metálico de alto rendimiento.
• La estructura compuesta de polisiloxano funcionalizado con ciano facilita la formación de una interfaz de electrolito sólido robusta y mejora el rendimiento electroquímico.
• Este trabajo presenta un enfoque escalable para crear electrolitos avanzados para dispositivos de almacenamiento de energía de próxima generación.