21.09.2022 - Tsinghua University

Los aditivos químicos mejoran la estabilidad de las baterías de iones de litio de alta densidad

A medida que aumenta nuestra necesidad de baterías de alta densidad con la adopción generalizada de coches eléctricos y fuentes de energía alternativas, mejorar la estabilidad y la capacidad de las baterías de iones de litio es una necesidad. La tecnología actual de las baterías de iones de litio, que suele utilizar níquel, es menos estable a temperaturas extremas, lo que provoca un sobrecalentamiento debido tanto a la temperatura como a los altos voltajes. Además, tienden a deteriorarse rápidamente.

Para resolver este problema, los investigadores están estudiando nuevas combinaciones químicas que puedan solucionar estos inconvenientes. En un estudio reciente, los científicos demostraron cómo un disolvente y un aditivo compuesto inorgánico pueden mejorar la estabilidad y el rendimiento de las baterías de iones de litio con cátodos de níquel.

Publicaron sus resultados el 12 de septiembre en Nanoinvestigación.

Los fundamentos del funcionamiento de las baterías son los mismos, tanto si se trata de una batería industrial de iones de litio como de una pila doméstica tipo AA. El cátodo es el electrodo positivo, el ánodo es el electrodo negativo, y entre ellos, dentro de la batería, hay una solución llamada electrolito. Los iones con carga positiva y negativa fluyen a través del electrolito y una reacción química genera energía eléctrica. En este estudio, los investigadores identificaron un electrolito líquido a base de sulfolano con perclorato de litio añadido como solución potencial a los inconvenientes habituales de las baterías de iones de litio.

"En el caso de los cátodos con base de níquel, el buen rendimiento electroquímico a baja temperatura suele conseguirse a expensas de las propiedades y la seguridad a temperatura ambiente. Esto se debe a que los electrolitos con disolventes de baja fusión se deterioran drásticamente. La alta volatilidad e inflamabilidad de estos electrolitos también limitan su aplicación a altas temperaturas", explica el profesor Fang Lian, de la Escuela de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Pekín (China). Al añadir perclorato de litio al sulfolano, los investigadores descubrieron que podían mejorar muchos de estos inconvenientes.

El sulfolano es un disolvente creado originalmente para su uso en la industria del petróleo y el gas, pero ahora se utiliza en muchos entornos industriales diferentes porque se mantiene estable a temperaturas elevadas. El perclorato de litio es un compuesto inorgánico que se combina con el sulfolano para ayudar a mantener la estabilidad del electrolito. Se añade un tercer producto químico para diluir el electrolito y contribuir a su estabilidad en una amplia gama de temperaturas.

Para comprobar el funcionamiento del electrolito propuesto, los investigadores crearon una batería con él y realizaron una serie de pruebas y cálculos teóricos. Comprobaron que el disolvente era capaz de mantener la conductividad en un amplio rango de temperaturas, que oscilaban entre -60 y 55 grados Celsius. En comparación, los electrolitos tradicionales tienden a solidificarse a temperaturas inferiores a -20 grados Celsius. La adición de perclorato de litio al electrolito refuerza la forma en que los diferentes productos químicos del electrolito interactúan entre sí y reduce la cantidad de energía necesaria, facilitando el funcionamiento del electrolito a temperaturas más bajas.

"El electrolito diluido de alta concentración a base de sulfolano con el aditivo de perclorato de litio hace posible la aplicación a altas temperaturas en celdas de alto voltaje. Esta combinación mejora la transferencia de iones de litio y reduce la energía de desolvatación, a la vez que inhibe la descomposición continua del electrolito y el deterioro agudo del cátodo a altas temperaturas", dijo Lian. "Nuestro trabajo proporciona una comprensión completa del diseño molecular del electrolito, facilitando el desarrollo de baterías de litio de alta densidad energética".

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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