Figura que resume la estrategia de reconstrucción de Li desarrollada por los científicos. Fuente: Jin et al. (Energía de la Naturaleza).
Las baterías de iones de litio y otras tecnologías emergentes de baterías de litio ahora se utilizan para alimentar una amplia variedad de dispositivos, incluidos teléfonos inteligentes, computadoras portátiles, tabletas y cámaras. A pesar de sus ventajas, las baterías que contienen litio no siempre mantienen su rendimiento a lo largo del tiempo.
Una de las principales razones del declive en el rendimiento observado con algunas baterías de litio es que el litio que contienen a veces se vuelve inactivo o “muerto”. Este “litio muerto” puede provocar una pérdida de capacidad y un aumento incontrolado de la temperatura, lo que en última instancia puede acortar la vida útil de la batería y degradar su rendimiento.
Los científicos de la Universidad de Tecnología de Zhejiang en China y el Laboratorio Nacional Argonne en los EE. UU. Desarrollaron recientemente una estrategia para restaurar el litio inactivo en Li metal ánodos. Esta estrategia, presentada en un artículo publicado en La energía de la naturaleza, se basa en una reacción química conocida como yodo redox.
La interfase de electrolitos sólidos (SEI) es la capa que se forma en el ánodo de las baterías de iones de litio durante los primeros ciclos de carga. Esta capa pasivante juega un papel clave para garantizar el rendimiento, la estabilidad y la seguridad de las baterías.
En una celda de batería de iones de litio típica con un ánodo de grafito convencional, la interfase de electrolito sólido (SEI) generalmente consiste en LiF combinado con Li2CO3, carbonato de alquilo y otras sustancias. Estudios recientes han demostrado que en las baterías con un ánodo de litio metálico, el SEI se compone principalmente de litio.2Oh, en lugar de LiF. En estas baterías, cambiar el volumen de la carcasa de Li puede comprometer la integridad mecánica y la función pasivante del litio.2SEI basado en O. Esto a su vez puede conducir a la formación de “litio muerto”.
Estudios anteriores han propuesto una serie de estrategias para mejorar el rendimiento de las baterías con ánodos de metal de litio. Por ejemplo, algunos investigadores han intentado utilizar estructuras SEI artificiales o aditivos electrolíticos regulados por SEI como hexafluorofosfato de cesio o carbonato de fluoroetileno. Sin embargo, encontraron que cambiar el volumen de la capa de Li agrieta el SEI, exponiendo el litio al electrolito y conduciendo a la formación de un nuevo SEI. Estos daños y reparaciones continuos al SEI pueden afectar el rendimiento de la batería con el tiempo.
En su artículo, Chengbin Jin, sus colegas de la Universidad de Zhejiang y el Laboratorio Nacional Argonne intentaron cuantificar la cantidad de Li2O en la capa SEI formada en los ánodos de metal Li. Además, investigaron el papel de los SEI inactivos en la producción de metal muerto Li eléctricamente aislado.
“Se necesita con urgencia una solución fundamental de recuperación de litio muerto para estabilizar las baterías de metal de litio”, escribieron los investigadores en el documento. “Cuantificamos los componentes de SEI y determinamos su relación con la formación de metal de litio muerto aislado eléctricamente”.
Los hallazgos, recopilados por Jin y sus colegas, sugieren que la pérdida de Li en SEI y los restos de Li muertos son las principales razones de la disminución del rendimiento que a menudo se observa en las baterías de metal de litio. Esta observación los inspiró a desarrollar un método para restaurar el litio muerto utilizando la reacción química redox del yodo.
“Presentamos un método de restauración de litio basado en una serie de reacciones redox de yodo, que involucran principalmente a I.3 – / I− “, explican los investigadores en su artículo”. Al usar el biocarbón huésped de yodo, mostramos que yo3 – / I− redox ocurre espontáneamente, rejuveneciendo efectivamente el litio muerto para compensar la pérdida de litio. “
Al utilizar la estrategia de diseño que desarrollaron, Jin y sus colegas pudieron crear una celda de batería completa en cantidades muy pequeñas. iluminado en el ánodo. Esta celda tuvo una extraordinaria vida útil de 1000 ciclos y logró una alta eficiencia de columbrado del 99,9%.
Para evaluar con mayor precisión la eficacia de la estrategia de restauración de Li, los científicos reunieron ánodo con cátodos comerciales (es decir, LiFePO4 y LiNi0,8Co0,1Me0,1ACERCA DE2) y crea una celda de bolsa. Esta celda mostró resultados muy prometedores, tanto en términos de ciclo de vida como de eficiencia.
En el futuro, la estrategia desarrollada por este equipo de científicos podría ayudar a desarrollar baterías nuevas y más eficientes con ánodos de metal litio. Además, podría usarse para extender el ciclo de vida de las celdas de iones de litio existentes y otras celdas de iones de litio. tecnologías de batería.
Entrega rejuvenecedora de litio muerto en ánodos de metal litio mediante yodo redox. La energía de la naturaleza(2021). DOI: 10.1038 / s41560-021-00789-7
© 2021 Science X Network