Las mejoras en una clase de electrolitos de batería introducidos por primera vez en 2017, electrolitos de gas licuado, podrían allanar el camino a un avance de alto impacto y largamente buscado para baterías recargables: reemplazar el ánodo de grafito con un ánodo de litio y metal.
La investigación, publicada el 1 de julio de 2019 por la revista julio , se basa en innovaciones reportadas por primera vez ciencia en 2017 por el mismo grupo de investigación de la Universidad de California en San Diego y la spinout universitaria South 8 Technologies.
Encontrar formas rentables de reemplazar el ánodo de grafito en las baterías comerciales de iones de litio es de gran interés porque podría conducir a baterías más livianas capaces de almacenar más carga, a través de un aumento del 50 por ciento en la densidad de energía a nivel de celda.la densidad de energía provendría de una combinación de factores que incluyen la alta capacidad específica del ánodo de litio-metal, bajo potencial electroquímico y peso ligero baja densidad.
Como resultado, el cambio a ánodos de metal de litio ampliaría significativamente la gama de vehículos eléctricos y reduciría el costo de las baterías utilizadas para el almacenamiento en la red, explicó Shirley Meng, profesora de nanoingeniería de UC San Diego, autor correspondiente del nuevo artículo en julio .
Sin embargo, hacer que el interruptor tenga desafíos técnicos. El obstáculo principal es que los ánodos de metal de litio no son compatibles con los electrolitos convencionales. Surgen dos problemas de larga data cuando estos ánodos se combinan con electrolitos convencionales: baja eficiencia de ciclo y crecimiento de dendrita.
Entonces, el enfoque de Meng y sus colegas fue cambiar a un electrolito más compatible, llamado electrolitos de gas licuado.
electrolitos de gas licuado en acción
Uno de los aspectos tentadores de estos electrolitos de gas licuado es que funcionan tanto a temperatura ambiente como a temperaturas extremadamente bajas, hasta menos 60 ° C. Estos electrolitos están hechos de disolventes de gas licuado, gases que se licúan a presiones moderadas.- que son mucho más resistentes a la congelación que los electrolitos líquidos estándar.
En el artículo de 2019 en julio , los investigadores informan cómo, a través de estudios experimentales y computacionales, mejoran su comprensión sobre algunas de las deficiencias de la química de los electrolitos de gas licuado. Con este conocimiento, pudieron adaptar sus electrolitos de gas licuado para mejorar el rendimiento en clavemétricas para ánodos de metal de litio, tanto a temperatura ambiente como a menos 60 C.
En las pruebas de media celda de litio y metal, el equipo informa que la eficiencia de ciclo del ánodo eficiencia de Coulombic fue del 99.6 por ciento para 500 ciclos de carga a temperatura ambiente. Esto es superior al 97.5 por ciento de eficiencia de ciclo reportada en el 2017 ciencia papel y una eficiencia de ciclo del 85 por ciento para los ánodos de metal de litio con un electrolito líquido convencional.
A menos 60 C, el equipo demostró una eficiencia de ciclo de ánodo de metal de litio de 98.4 por ciento. En contraste, la mayoría de los electrolitos convencionales no funcionan por debajo de menos 20 C.
Las herramientas de simulación y caracterización del equipo de UC San Diego, muchas desarrolladas en el Laboratorio de Almacenamiento y Conversión de Energía dirigido por Shirley Meng, permiten a los investigadores explicar por qué los ánodos de metal de litio funcionan mejor con electrolitos de gas licuado. Al menos parte de la respuesta tieneque ver con cómo se depositan las partículas de litio en la superficie del ánodo de metal.
Los investigadores informan la deposición suave y compacta de partículas de litio en los ánodos de metal de litio cuando se usan electrolitos de gas licuado. En contraste, cuando se usan electrolitos convencionales, se forman dendritas en forma de aguja en el ánodo de metal de litio. Estas dendritas pueden degradar eleficiencia, causar cortocircuitos y conducir a serias amenazas de seguridad.
Una medida de cuán densamente se depositan las partículas de litio en las superficies de los ánodos es la porosidad. Cuanto menor sea la porosidad, mejor. El equipo de investigación informa julio que la porosidad de la deposición de partículas de litio en un ánodo de metal es del 0,90 por ciento a temperatura ambiente utilizando electrolitos de gas licuado a temperatura ambiente. La porosidad en presencia de electrolitos convencionales salta al 16,8 por ciento.
La carrera por el electrolito correcto
Actualmente existe un gran impulso para encontrar o mejorar electrolitos que sean compatibles con el ánodo de metal de litio y sean competitivos en términos de costo, seguridad y rango de temperatura. Los grupos de investigación han estado buscando principalmente solventes altamente concentrados líquidos oelectrolitos de estado sólido, pero actualmente no hay bala de plata.
"Como parte de la comunidad de investigación de baterías, estoy seguro de que vamos a desarrollar los electrolitos que necesitamos para los ánodos de metal de litio. Espero que esta investigación inspire a más grupos de investigación a analizar seriamente los electrolitos de gas licuado,"dijo Meng.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - San Diego . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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