Disponible comercialmente desde la década de 1970, la batería de iones de litio es ahora la fuente de energía del caballo de batalla en muchas aplicaciones. Se puede encontrar en teléfonos celulares, laptops y vehículos eléctricos. Todavía, Gran parte de la ciencia básica que tiene lugar a nivel atómico y molecular durante la carga y descarga sigue siendo un misterio.

En un nuevo estudio publicado en Catálisis de la naturaleza , Un equipo del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) informa un gran avance en la comprensión de la química de la capa microscópicamente delgada que se forma en la interfaz entre el electrolito líquido y el electrodo sólido. Los investigadores de baterías comúnmente se refieren a esta capa como la "interfase de electrolitos sólidos" o SEI.

Gran parte del trabajo científico durante las últimas décadas se ha dedicado a comprender el SEI en la batería de iones de litio. Los científicos saben que el SEI se forma en el electrodo negativo de grafito, es extremadamente delgado (menos de una milésima de milímetro), y toma forma principalmente durante la primera carga de la batería. También está bien establecido que el SEI evita que se produzcan reacciones perjudiciales en la interfaz, mientras que al mismo tiempo permite que los importantes iones de litio se muevan libremente entre el electrolito y el electrodo.

Todas las buenas baterías de iones de litio tienen SEI que funcionan bien. Como señaló Dusan Strmcnik, co-investigador principal e ingeniero químico asistente en la división de Ciencia de Materiales (MSD), "El rendimiento de la batería depende en gran medida de la calidad del SEI. Si se comprenden la química y el papel de los componentes individuales del SEI, el SEI podría ajustarse para mejorar el rendimiento de la batería ".

"Más importante, tal comprensión mejoraría significativamente nuestra capacidad de predicción de la vida útil de la batería, que es de un valor extremadamente alto para un fabricante de automóviles eléctricos, ", Agregó Strmcnik.

El equipo internacional de investigadores, que incluye colaboradores de la Universidad de Copenhague, la Technische Universität München en Alemania y el Grupo BMW, descifró la química detrás de uno de los componentes más comunes del SEI en las baterías típicas de iones de litio, fluoruro de litio. Basado en resultados experimentales y computacionales, Sus hallazgos mostraron que esta fase se forma durante la carga de la batería por la reacción electroquímica del fluoruro de hidrógeno, produciendo gas hidrógeno y fluoruro de litio sólido.

Esta reacción depende en gran medida del material del electrodo, que podría ser un metal, grafeno o material grafítico, y así demuestra la importancia de la catálisis en el funcionamiento de la batería. El equipo descubrió un nuevo método para controlar la concentración de fluoruro de hidrógeno, una impureza altamente perjudicial que se forma a partir de una reacción entre trazas de humedad y la sal (LiPF6) en el electrolito. Esta capacidad de monitoreo debería resultar vital para los futuros estudios de ciencia básica de la SEI.

A Argonne Distinguished Fellow y co-investigador principal Nenad Markovic, Los resultados del estudio ya están teniendo un impacto comercial. "Nuestros hallazgos ya se están implementando en celdas de iones de litio en el Centro de Competencia de Celdas de Batería de BMW Group. También abrirán nuevas oportunidades para la mejora de los existentes, y el diseño de nuevos tecnologías de iones de litio ".

los Catálisis de la naturaleza El artículo se titula "Transformación electrocatalítica de la impureza HF en H2 y LiF en baterías de iones de litio".