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  • Un electrolito cíclico a base de fosfato para baterías de iones de litio seguras y de alto voltaje

    Diseño racional del solvente electrolítico multifuncional. Las funciones importantes de tolerancia a alto voltaje (estabilidad a la oxidación y formación de SEI) y no inflamabilidad se asignan a cada parte de la estructura molecular. Crédito:Zheng et al.

    A la luz del cambio continuo hacia tecnologías de energía renovable y el creciente número de dispositivos de Internet de las cosas (IoT), Los investigadores de todo el mundo han intentado desarrollar baterías que puedan funcionar de manera más eficiente y durante períodos de tiempo más prolongados. Las baterías de iones de litio (LIB) son actualmente la tecnología de almacenamiento de energía preferida para la electrónica portátil, ya que contienen electrolitos orgánicos, que típicamente permiten altos voltajes de operación y densidades de energía.

    A pesar de su uso generalizado, seguir aumentando el rendimiento de los LIB existentes podría tener un impacto significativo en su seguridad. De hecho, estas baterías contienen carbonatos orgánicos altamente volátiles e inflamables, cuales, si se enciende, puede causar daños considerables.

    En años recientes, Los investigadores han realizado importantes esfuerzos para superar estos problemas de seguridad, por ejemplo, utilizando sustancias adicionales o optimizando los materiales que separan los componentes de la batería. Si bien algunas de estas estrategias redujeron con éxito el riesgo de que la batería se incendiara, siempre que los LIB estén fabricados con electrolitos altamente inflamables, aún pueden ocurrir accidentes.

    Con la esperanza de allanar el camino para LIB más seguros y de mejor rendimiento, Investigadores de la Universidad de Tokio han diseñado y sintetizado recientemente un electrolito alternativo a base de fosfato cíclico que no es inflamable. Su electrolito, presentado en un artículo publicado en Energía de la naturaleza , permite seguro, operación altamente estable y alto voltaje, superando a los solventes contenidos en la mayoría de los LIB existentes.

    "El solvente de electrolito para baterías de iones de litio (LIB) no ha cambiado durante casi 30 años, "Prof. Atsuo Yamada, uno de los investigadores que desarrolló el nuevo electrolito, dijo a TechXplore. "Por tanto, pensamos que debería haber un gran margen para desarrollar LIB avanzados, si encontramos un solvente alternativo. Teniendo esto en cuenta, bajo la dirección del Prof. Makoto Gonokami, presidente de la Universidad de Tokio, establecimos una colaboración con el profesor Eiichi Nakamura, quien es un investigador altamente establecido en el campo de la síntesis orgánica, para diseñar un nuevo solvente de electrolito con el objetivo de aumentar el rendimiento y la seguridad de la batería ".

    Yamada, Nakamura y sus colegas diseñaron su electrolito cíclico a base de fosfato fusionando las estructuras químicas del solvente electrolítico convencional EC y un retardante de fuego. Esto le da las propiedades de fosfato de ambas moléculas, incluyendo la tolerancia de alto voltaje del solvente y la no inflamabilidad del retardante de fuego, minimizando el riesgo de que los BIB se incendien.

    Al sintetizar el electrolito, los investigadores encontraron que la fórmula más eficaz contenía 0,95 M LiN (SO 2 F) 2 en TFEP / 2, 2, Metilcarbonato de 2-trifluoroetilo. Esta composición específica permitió la síntesis de un electrolito con notable no inflamabilidad y un tiempo de autoextinción de cero, así como un funcionamiento estable de ánodos de grafito y LiNi de alto voltaje 0,5 Minnesota 1,5 O 4 cátodos.

    "Inesperadamente, el nuevo solvente de electrolito puede aumentar el voltaje de la batería de la corriente 3.8 V a 4.6 V y también mejorar la vida útil de la batería, ", Dijo el profesor Yamada." Nos sorprendió ver que el disolvente diseñado mostraba tolerancia al alto voltaje y capacidad retardadora del fuego, como esperábamos de su estructura química. En tono rimbombante, este es el primer caso en que un diseño tan racional de estructuras químicas tuvo éxito en los electrolitos de las baterías ".

    Yamada, Nakamura, y sus colegas se encuentran entre los primeros en identificar un solvente electrolítico alternativo que podría aumentar la seguridad de los LIB al mismo tiempo que mejora su rendimiento. En el futuro, su electrolito cíclico a base de fosfato podría usarse para crear baterías seguras y altamente eficientes para una amplia gama de dispositivos electrónicos.

    "Esperamos que nuestro trabajo estimule a muchos investigadores a diseñar y desarrollar una variedad de nuevos materiales para mejores baterías, ", Dijo el profesor Yamada." Ahora planeamos continuar trabajando en este nuevo solvente de electrolito para aplicaciones de baterías comerciales y desarrollar nuevos materiales de baterías multifuncionales basados ​​en nuestra estrategia de diseño ".

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