24.01.2022 - Chinese Academy of Sciences

La membrana selectiva puede acercarse a la realidad de las baterías de doble ión

Solución a un "problema notorio" proporcionado

Las baterías de iones de litio son relativamente seguras, duraderas, de carga rápida y mejores para el medio ambiente que las baterías no recargables, ¿verdad? No es así. El mecanismo de mecedora que permite el almacenamiento comercial de energía suele utilizar elementos de tierras raras, como el níquel y el cobalto.

Los investigadores llevan mucho tiempo a la caza de baterías alternativas que presenten todas las ventajas de las versiones de iones de litio, pero que incluyan ventajas ecológicas y económicas.

Ahora, un equipo del Instituto de Bioenergía y Tecnología de Bioprocesos de Qingdao (QIBEBT), de la Academia China de las Ciencias (CAS), se acerca a un enfoque mejorado. Han aportado una solución a lo que llaman un "problema notorio" que hace que el sistema funcione mal cuando la batería se recarga y se descarga, lo que se llama ciclado.

Las baterías de doble ión (DIB) han atraído una gran atención debido a su configuración sin metales de transición, su economía y su respeto por el medio ambiente. "La aplicación práctica de la tecnología de las DIB está prácticamente estancada, sobre todo debido a los rápidos fallos de las baterías durante los ciclos de alto voltaje", afirma el primer autor, JIANG Hongzhu, doctorando de QIBEBT, CAS.

En las DIB, los iones con carga positiva y negativa se desplazan simultáneamente desde el electrolito -el líquido o la película que dispersa los iones de un material disuelto y los conduce eléctricamente a través de un espacio- hasta el electrodo opuesto. El "problema notorio", según JIANG, es que el disolvente utilizado en el electrolito puede introducirse en las capas de grafito de los electrodos debido a las interacciones anión-solvente.

"A la larga, esta cointercalación de disolventes provoca la exfoliación y pulverización del grafito a alto potencial, especialmente en los electrolitos de carbonato lineal ampliamente utilizados", dijo JIANG. También señaló que los ciclos de alto voltaje también pueden provocar la oxidación de electrolitos termodinámicamente inestables. Las estrategias anteriores centradas en mejorar la estabilidad de los electrolitos no han abordado con eficacia el problema crítico de la cointercalación de disolventes.

Para evitar la cointercalación y la corrosión del electrolito, los investigadores necesitaban desacoplar los aniones cargados negativamente del disolvente. Un enfoque viable es regular la estructura de solvatación de los aniones introduciendo en el electrolito otro componente que posea una interacción más fuerte con los aniones que los disolventes de carbonato.

Los investigadores se centraron en el hexafluorofosfato, un componente aniónico de las baterías de iones de litio. Emplearon un importante monómero que contiene motivos de amonio cuaternario -con carga positiva- para desarrollar una membrana de electrolito polimérico que puede filtrar selectivamente los aniones. El resultado fue una magnífica estabilidad de los ciclos con una eficiencia coulómbica del 99% a alto voltaje.

"Esta estrategia inhibe de forma significativa la cointercalación de disolventes y mejora la resistencia a la oxidación del electrolito, garantizando la integridad estructural del grafito", afirma el autor del artículo, CUI Guanglei, profesor de QIBEBT, CAS. "Creemos que facilitar la desolvatación de aniones es crucial para mejorar el rendimiento de los ciclos largos en los DIB".

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