¿Electrolito de gas líquido para baterías de litio metálico?
Reemplazar el ánodo de carbono de las celdas de iones de litio con litio metálico podría mejorar teóricamente la densidad de energía en las baterías recargables, pero no se han vuelto populares porque la inclusión de litio metálico hace que las baterías sean inseguras, particularmente porque el litio es propenso al crecimiento de dendrita (bigote) , que puede cortocircuitar internamente una célula e iniciar la autodestrucción exotérmica.
El equipo de San Diego, dirigido por la profesora Shirley Meng, ha demostrado que ciertos electrolitos de gas licuado pueden inhibir el crecimiento de la dendrita al tiempo que proporcionan una celda recargable eficiente, y el electrolito permite la operación a bajas temperaturas: -60 ° C, por ejemplo, mientras que el ion de litio convencional las celdas no se pueden cargar por debajo de 0 ° C; de hecho, no es seguro intentarlo.
Esta no es la primera vez que el grupo de Meng ha propuesto tales electrolitos (publicó un artículo en 2017 sobre el tema), pero esta vez, a través de estudios experimentales y computacionales, se mejoró la comprensión, lo que resultó en una química de mejor rendimiento.
Esta vez, el electrolito de gas licuado está basado en fluorometano e incluye tetrahidrofurano, "que se muestra que se coordina completamente con los cationes de litio y mejora en gran medida la disociación y el transporte de sal", según el "Ánodo de litio y metal de alta eficiencia habilitado por electrolitos de gas licuado" un nuevo artículo sobre el trabajo, publicado en Joule.
En las pruebas de media celda de litio-metal, el equipo informa una eficiencia de ciclo del ánodo del 99,6% para 500 ciclos de carga a temperatura ambiente. Esto se compara con el 97.5% reportado en 2017 y, para los ánodos de litio metálico con un electrolito líquido convencional, el 85% según los investigadores, quienes también dijeron que la mayoría de los electrolitos convencionales para el litio metálico no funcionarán por debajo de -20 ° C, mientras que el 98.4% La eficiencia del ciclo del ánodo de metal de litio se obtuvo a -60 ° C con el nuevo sistema.
Se logró una eficiencia de carga del 99,6% a 500 μA / cm2 Densidad de energia. Cifras equivalentes para el 1 y 3 mAh / cm2 son 99.4% y 98.1% respectivamente. "Tanto la velocidad como el rendimiento de ciclismo se mantienen bien de + 20 ° C a -60 ° C", según el documento.
Al menos parte de las mejoras tienen que ver con cómo las partículas de litio se depositan en una superficie de ánodo de metal.
La deposición suave y compacta de partículas de litio sobre ánodos de litio-metal se informa con el electrolito de gas licuado, en comparación con las dendritas en forma de aguja con electrolitos convencionales.
Una medida de la pulcritud del metal es la porosidad superficial resultante. El gas licuado logra un 0,90% de porosidad superficial, en comparación con el 16,8% con el electrolito convencional.
“Estoy seguro de que vamos a desarrollar los electrolitos que necesitamos para los ánodos de litio y metal. Espero que esta investigación inspire a más grupos de investigación a analizar seriamente los electrolitos de gas licuado ”, dijo Meng, quien ha contribuido a un artículo‘ Cuestiones clave para obstaculizar un ánodo práctico de litio y metal ‘en Tendencias en Química.
Crédito de la foto: David Baillot y UC San Diego Jacobs School of Engineering