Figura que muestra la estrategia y las propiedades de diseño del electrolito. Crédito:Fan et al.
Los electrolitos son componentes químicos que permiten el flujo de iones entre el cátodo y el ánodo dentro de las baterías. proporcionando en última instancia energía eléctrica a los dispositivos tecnológicos. La mayoría de las baterías de iones de litio no acuosas convencionales y fácilmente disponibles se fabrican con electrolitos a base de carbonato.
A pesar de su uso generalizado, Los electrolitos de carbonato altamente inflamables limitan en gran medida las temperaturas a las que una batería puede funcionar correctamente debido a su alta afinidad entre sus disolventes químicos y los iones dentro de las baterías. Esto da como resultado que la mayoría de las baterías basadas en electrolitos de carbonato solo funcionen de manera segura entre -20 ° C y + 50 ° C, o en voltajes entre 0.0 y 4.3V.
Teniendo esto en cuenta, un equipo de investigadores dirigido por el profesor Chunsheng Wang de la Universidad de Maryland en los EE. UU. y otros científicos de la Universidad de Zhejiang en China han fabricado recientemente un nuevo tipo de batería que puede funcionar en un rango más amplio de temperaturas. utilizando electrolitos fluorados con disolventes no polares. Estos electrolitos fluorados no son inflamables, permitiendo una alta estabilidad electroquímica dentro de un rango de temperaturas y voltajes más amplio que los electrolitos de carbonato.
"En los electrolitos actuales, la ventana de estabilidad electroquímica y la ventana de temperatura de funcionamiento no pueden alcanzar el máximo al mismo tiempo debido a la limitación intrínseca de la estructura de solvatación de los electrolitos, "Xiao Ji, uno de los investigadores que realizó el estudio, dijo a TechXplore. "Al reducir el ion de litio y adherirse al disolvente mediante la adición de un antidisolvente, desacoplamos la propiedad electroquímica y física de los electrolitos y desarrollamos todas las temperaturas (-95 o C hasta +60 o C) y todos los electrolitos de batería de iones de litio de voltaje (de 0,0 V a 5,6 V) ", dijo el Dr. Xiulin Fan, el primer autor del artículo.
Esencialmente, Ji y sus colegas pudieron controlar la afinidad entre los disolventes químicos y los iones de litio en las baterías disolviendo electrolitos fluorados en disolventes no polares altamente fluorados (es decir, disolventes que contienen enlaces entre átomos con electronegatividades similares). Los electrolitos que utilizaron permiten una alta estabilidad electroquímica en una amplia ventana de voltaje de 0,0 a 5,6 V, así como altas conductividades iónicas dentro de un amplio rango de temperatura entre -125 y +70 ° C.
Imágenes digitales para (a) 1,28 M LiFSI-FEC / FEMC-D2 y (b) 0,7 M LiBETIFEC / DEC-M3 después de mantenerlas a -95 ° C durante 3 horas. Después de sumergirlo completamente en -95 ° C durante 3 horas, las botellas de electrolito estaban llenas de fondo. Las flechas rojas muestran el nivel de líquido de estos dos electrolitos. No surgen depósitos ni separaciones de fases en estos dos electrolitos. Crédito:Fan et al.
Con los electrolitos fluorados, los investigadores encontraron que LiNi 0,8 Co 0,15 Alabama 0,05 O 2 Los cátodos lograron altas eficiencias Coulombic del 99,9 por ciento, entre −95 y + 70 ° C, mientras que los ánodos de Li agresivos y el LiCoMnO de alto voltaje (5,4 V) 4 logró eficiencias de Coulombic del 99,4 por ciento y el 99 por ciento, respectivamente. Es más, incluso a -85 ° C, la batería aún podría entregar ~ 50 por ciento de su capacidad a temperatura ambiente.
"Las barreras de transporte de iones de litio se reducen drásticamente en nuestro electrolito, el rango líquido del electrolito se amplía considerablemente, ", Dijo Chunsheng Wang." Además, el electrolito desarrollado puede soportar un voltaje mucho más alto en comparación con los electrolitos de carbonato comercializados convencionales. Por lo tanto, las baterías basadas en nuestro electrolito pueden funcionar dentro de un rango de temperatura mucho más amplio ".
Los electrolitos fluorados utilizados por Wang y sus colegas hasta ahora han demostrado ser más efectivos que los electrolitos de carbonato. logrando una alta estabilidad electroquímica dentro de una ventana de voltaje más amplia y altas conductividades iónicas en un rango más amplio de temperaturas. Como son completamente no inflamables, también son mucho más seguros que los electrolitos de carbonato. En el futuro, Los electrolitos propuestos por este equipo de investigadores podrían usarse para construir baterías de alto rendimiento que también pueden funcionar en climas extremos. por ejemplo en el Ártico o en la sabana africana.
"Ahora intentaremos optimizar la composición de las baterías que desarrollamos para reducir su costo y también colaborar con las industrias de baterías para comercializar las baterías para todas las temperaturas". "Añadió Fan.
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