Un proceso redox de cuatro electrones en una celda de Li-oxígeno es electrocatalizado por un cátodo compuesto de sal fundida de óxido de níquel litiado bifuncional a temperatura elevada para formar Li2O. Genera oxígeno en la carga con una eficiencia culómbica cercana al 100%. Crédito:Chun Xia y Chun Yuen Kwok
Los químicos de la Universidad de Waterloo han resuelto con éxito dos de los problemas más desafiantes que rodean a las baterías de litio y oxígeno. y en el proceso creó una batería de trabajo con una eficiencia culómbica cercana al 100%.
El nuevo trabajo que aparece esta semana en Ciencias , demuestra que la conversión de cuatro electrones para la electroquímica de litio-oxígeno es altamente reversible. El equipo es el primero en lograr la conversión de cuatro electrones, que duplica el almacenamiento de electrones de litio-oxígeno, también conocido como litio-aire, baterías.
"Hay limitaciones basadas en la termodinámica, "dijo Linda Nazar, Cátedra de Investigación de Materiales de Energía de Estado Sólido de Canadá y autor principal del proyecto. "Sin embargo, nuestro trabajo ha abordado cuestiones fundamentales que la gente ha estado tratando de resolver durante mucho tiempo ".
La alta densidad de energía teórica del litio-oxígeno (Li-O 2 ) y su peso relativamente ligero las han convertido en el Santo Grial de los sistemas de baterías recargables. Pero los problemas de larga data con la química y la estabilidad de la batería los han mantenido como una curiosidad puramente académica.
Dos de los problemas más serios involucran el intermedio de la química celular (superóxido, LiO 2 ) y el producto de peróxido (Li2O 2 ) reaccionando con el cátodo de carbono poroso, degradando la célula desde dentro. Además, el superóxido consume el electrolito orgánico en el proceso, lo que limita enormemente el ciclo de vida.
Nazar y sus colegas cambiaron el electrolito orgánico a una sal fundida inorgánica más estable y el cátodo de carbono poroso a un catalizador de óxido metálico bifuncional. Luego, operando la batería a 150 C, encontraron que el producto más estable Li2O se forma en lugar de Li2O 2 . Esto da como resultado una batería de litio-oxígeno altamente reversible con una eficiencia culómbica cercana al 100 por ciento.
Al almacenar O 2 como óxido de litio (Li2O) en lugar de peróxido de litio (Li2O 2 ), la batería no solo mantuvo excelentes características de carga, logró la máxima transferencia de cuatro electrones en el sistema, aumentando así el almacenamiento de energía teórico en un 50 por ciento.
"Al cambiar el electrolito y el electrodo anfitrión y aumentar la temperatura, mostramos que el sistema funciona muy bien, "dijo Nazar, quien también es profesor de investigación universitario en el Departamento de Química de Waterloo.
