Competencia de descomposición mediada por acetonitrilo para ánodos de metal de litio sin dendritas

Área de la Ciencia:

• Electroquímica
• Ciencia de los materiales
• Almacenamiento de energía

Sus antecedentes:

• Las baterías de metal de litio (LMB) ofrecen una alta densidad de energía pero enfrentan desafíos con la formación de la interfase de electrolito sólido (SEI).
• Los aditivos de fluoroetileno carbonato (FEC) pueden provocar capas gruesas de SEI, lo que dificulta el transporte de Li+ y la carga rápida.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar una estrategia para controlar el crecimiento de la SEI en LMB.
• Mejorar las propiedades interfaciales y de transporte de los electrolitos para un mejor rendimiento de la batería.

Principales métodos:

• Una estrategia impulsada por la competencia de descomposición que utiliza acetonitrilo (AN) como aditivo.
• Análisis de la descomposición preferencial del AN debido a su bajo nivel LUMO, alta polaridad y mojabilidad.
• Investigación del efecto del AN en la composición de la SEI y la cinética de transporte de Li+.

Principales resultados:

• El AN forma preferentemente una SEI que contiene nitrógeno, inhibiendo la descomposición del FEC y estabilizando la polarización de la celda.
• La reconstrucción de la estructura de solvatación por AN acelera la desolvatación de Li+, aumentando el número de transferencia y el coeficiente de difusión.
• Se demostró el ciclado estable de celdas Li||Li durante más de 3300 h y celdas Li||LFP con alta retención de capacidad (91,57 % después de 500 ciclos).
• Se logró un excelente rendimiento a diferentes velocidades y a largo plazo en celdas Li||NCM811 de alto voltaje.

Conclusiones:

• La estrategia basada en AN controla eficazmente el crecimiento de la SEI y mejora las propiedades del electrolito para LMB.
• Los electrolitos optimizados conducen a una estabilidad de ciclado, capacidad de velocidad y rendimiento general significativamente mejorados.
• Este enfoque ofrece nuevas perspectivas para el desarrollo de baterías de metal de litio prácticas y de alto rendimiento.