Combinar dos aditivos en lugar de uno para facilitar la incorporación de litio en los condensadores:esa es la solución propuesta por los investigadores del l'Institut des matériaux Jean Rouxel (CNRS / Université de Nantes), en colaboración con Münster Electrochemical Energy Technology (Universidad de Münster, Alemania), con el fin de promover el bajo costo, sencillo, y desarrollo eficiente de los condensadores de iones de litio utilizados para almacenar energía eléctrica. Esta investigación, publicado en Materiales energéticos avanzados el 5 de junio de 2019, permitirá la comercialización masiva de estos componentes.

Los sistemas de almacenamiento electroquímico de electricidad juegan un papel central en la integración de fuentes de energía renovables, y están a punto de apoderarse del sector de la electromovilidad. Hay dos soluciones para almacenar esta energía:baterías de iones de litio, que tienen la ventaja de una gran capacidad de almacenamiento, y condensadores, que tienen menos capacidad, pero puede cargarse y descargarse muy rápidamente un gran número de veces. Los condensadores de iones de litio (LIC) combinan lo mejor de ambos mundos.

Los materiales que componen los condensadores de iones de litio no contienen iones de litio (o electrones), a diferencia de las baterías. Por lo tanto, es necesario proceder con una etapa de prelitiación para poder agregarlos, para que el dispositivo pueda funcionar. Hoy en día se utilizan dos estrategias generales:o bien uno de los materiales constituyentes del condensador se prelicia antes de su integración, o un aditivo con alto contenido de iones de litio los redistribuirá entre los materiales del condensador durante la primera carga. Sin embargo, estos métodos son costosos y complejos, y puede disminuir la capacidad del dispositivo. Y lo que es más, la mayoría de los aditivos disponibles antes de la litiación se deterioran cuando entran en contacto con el aire y / o los disolventes utilizados para fabricar los condensadores de iones de litio. En breve, aunque algunas de las soluciones que se han propuesto funcionan hoy, no existe una "receta milagrosa" de alto rendimiento, robusto, sencillo, y económico.

Investigadores de l'Institut des matériaux Jean Rouxel1 (CNRS / Université de Nantes), en colaboración con Münster Electrochemical Energy Technology (Universidad de Münster), enfrentó este desafío utilizando no solo uno, sino dos aditivos acoplados a través de reacciones químicas consecutivas. Su análisis muestra que la barrera principal para los enfoques anteriores era el uso de un solo aditivo, que no solo tenía que proporcionar iones y electrones de litio, pero también cumple con todas las condiciones de precio, estabilidad química, y rendimiento. El uso de dos aditivos, cada uno con una función específica, uno proporciona iones de litio y el otro electrones, ofrece una latitud mucho mayor, porque se pueden seleccionar de forma independiente por su precio, propiedades químicas, y rendimiento. Cuando se carga un condensador de iones de litio, el primer aditivo (pireno, presente naturalmente en ciertos tipos de carbón) libera electrones y protones. El segundo aditivo, Li3PO4 (producido en masa en la industria del vidrio, por ejemplo), captura estos protones, ya su vez libera iones de litio que luego están disponibles para la prelitización.

Una ventaja adicional de este enfoque es que después de la prelitiación, el residuo de uno de los dos aditivos utilizados, pireno, contribuye al almacenamiento de cargas, aumentando así la cantidad de energía eléctrica almacenada en el dispositivo. La eficiencia y versatilidad que ofrece este nuevo enfoque abre el camino para una solución económica para la prelitiación, resultando en condensadores de iones de litio que pueden almacenar más energía. La ruptura de esta barrera tecnológica debería permitir, por tanto, una comercialización más rápida de estos dispositivos.