Ánodos metálicos de litio (Li), con mayor capacidad específica (3.860 mAh g -1 ) y el potencial redox más bajo (-3,04 V frente al electrodo de hidrógeno estándar), se consideran una alternativa potencial para las baterías de litio de alta densidad de energía de próxima generación. Sin embargo, la inestable interfaz electrolito-ánodo metálico de Li ha sido el mayor obstáculo para la aplicación práctica de las baterías de ánodo metálico de Li.
Investigadores dirigidos por el Prof. Bai Shuo y el Prof. Li Feng del Instituto de Investigación de Metales (IMR) de la Academia China de Ciencias (CAS), junto con el Prof. Tan Jun del Laboratorio Ji Hua, han logrado la distribución espacial selectiva de la estructura de solvatación dirigida de iones en la interfaz electrolito-ánodo mediante la fabricación de micromatrices de nanohidroxiapatita (nHA) con alto contenido de Li + Energía de enlace en láminas de cobre (Cu).
Su trabajo fue publicado en Materiales Avanzados .
Según los investigadores, la clave para un ánodo de metal de Li estable es construir una película de interfaz de electrolito sólido (SEI) robusta en la interfaz electrolito-ánodo. El enfoque más ideal es optimizar la estructura solvatada de los iones en el electrolito, especialmente en la interfaz electrolito-ánodo, manteniendo al mismo tiempo las propiedades del electrolito en masa.
Descubrieron que las partículas electronegativas de nHA con alto contenido de Li + La energía de enlace puede ajustar eficazmente la estructura de solvatación de los iones en el electrolito. Li + migrará preferentemente a la superficie de la partícula de nHA, formando un Li + local. -región rica alrededor de la partícula nHA, donde los aniones pueden interactuar con más Li + para formar aniones multicoordinados.
Con base en este hallazgo, se preparan adicionalmente micromatrices de nHA en lámina de Cu (colector de corriente del ánodo) para formar preferentemente aniones multicoordinados en la interfaz electrolito-ánodo. Mientras tanto, el experimento también verifica que los micromatrices no afectan la estructura de solvatación del electrolito a granel.
En general, los aniones no coordinados son fuertemente repelidos por el ánodo rico en electrones, lo que reduce en gran medida la eficiencia de descomposición de los aniones. En este estudio, utilizando micromatrices de nHA, los aniones multicoordinados en la interfaz electrolito-ánodo pueden ser transportados por Li + para cruzar eficazmente la doble capa eléctrica en el ánodo, lo que se desea para una película SEI derivada de aniones. Los aniones en el electrolito se descomponen más completamente en componentes inorgánicos altamente protectores en la película SEI, que puede suprimir eficazmente el crecimiento de dendritas en el ánodo.
Como resultado, con altas densidades de corriente de carga y descarga, el riesgo de que se produzca el famoso microcortocircuito en las baterías de Li-metal se reduce significativamente.
El hallazgo de materiales electronegativos que sintonizan la estructura de solvatación local en el electrolito proporciona nuevos principios de diseño para construir SEI robustos para baterías estables de Li-metal.
Más información: Haorui Shen et al, Estructura de solvatación espacialmente selectiva mediante micromatrices electronegativas para una interfaz estable de ánodo de litio-metal, Materiales avanzados (2023). DOI:10.1002/adma.202306553
Información de la revista: Materiales avanzados
Proporcionado por la Academia China de Ciencias
