Las baterías de iones de litio (LiB) se han convertido en las baterías recargables más utilizadas en todo el mundo.Los investigadores de energía y científicos de materiales han estado tratando de identificar materiales alternativos que podrían servir como componentes LIB, lo que podría conducir a mejoras en el rendimiento y la eficiencia de la batería sin aumentar significativamente los costos de fabricación.

Hasta la fecha, el grafito ha sido el material anódico más utilizado para los LiB, debido a su costo relativamente bajo, peso ligero y durabilidad.Sin embargo, en los últimos años, los estudios han identificado alternativas prometedoras a los ánodos a base de grafito, una de las cuales son los ánodos de aleación de tamaño micro.

Los ánodos de aleación se basan enaleaciones metálicasque pueden reaccionar con el litio, como el silicio (Si), el estaño (Sn) o el aluminio (Al).Los ánodos basados ​​en estas aleaciones podrían tener ventajas notables sobre los ánodos de grafito, incluido un menor coste y el potencial de aumentar la capacidad de las baterías.

A pesar de sus ventajas potenciales, los ánodos de aleación de tamaño micro han demostrado hasta ahora ser menos fiables que los ánodos de grafito.Una razón de esto es que a menudo resultan en una rápida disminución de la capacidad y bajas eficiencias coulómbicas, particularmente cuando se combinan con electrolitos basados ​​en carbonato.

Estudios anteriores han encontrado que la interfase de electrolito sólido (SEI), lacapa protectoraque se forma en el ánodo durante el ciclo de la batería, se une demasiado fuerte a las aleaciones.Esto puede provocar grietas estructurales tanto en el SEI como en la aleación a través de las cuales puede penetrar el electrolito, formando nuevas capas de SEI mientras la batería se carga y descarga.

La rápida degradación resultante que se observa en las baterías con ánodos de aleación de tamaño micro ha limitado hasta ahora su uso y comercialización generalizados.

en unpapelpublicado enEnergía de la naturaleza, investigadores de la Universidad de Maryland y la Universidad de Rhode Island introdujeron un nuevo electrolito asimétrico que podría mejorar el rendimiento de los LiB con ánodos de aleación de tamaño micro.

"El uso de ánodos de aleación de tamaño nanométrico puede mejorar la vida útil del ciclo celular, pero también reduce la vida útil de la batería y aumenta los costos de fabricación", escribieron Ai-Min Li, Zeyi Wang y sus colegas en su artículo.

"Mejoramos significativamente el rendimiento del ciclo de ánodos de Si, Al, Sn y Bi de tamaño micro mediante el desarrollo de electrolitos asimétricos (líquidos iónicos y disolventes moleculares sin disolventes) para formar SEI inorgánico rico en LiF, lo que permite 90âmAh μSi||LiNi_0,8Minnesota_0.1Co_0.1oh₂y 70âmAh Li_3.75Celdas de bolsa Si||SPAN (capacidad de área de 4,5âmAhâcm^â2;N/P de â1,4) para lograr >400 ciclos con una alta retención de capacidad de >85%."

Los investigadores diseñaron y sintetizaron un nuevo electrolito que podría funcionar favorablemente cuando se combina con ánodos de aleación de tamaño micro y cátodos de alta energía.Este electrolito se basa en hexafluorofosfato de N-metil-N (2-metoxietoxi)metilpirrolidinio, que se abrevia como NMEP.

"El diseño asimétrico del electrolito forma interfases ricas en LiF que permiten que los ánodos de alta capacidad y los cátodos de alta energía alcancen un ciclo de vida prolongado y proporcionen una solución general para baterías de iones de litio de alta energía", escribieron Li, Wang y sus colegas.

Para evaluar suelectrólitoPara conocer el potencial, el equipo lo probó en grandes células de bolsa de LiB.Sus hallazgos fueron muy prometedores, ya que las células alcanzaron altas capacidades superiores a 140 mAh g.^-1durante 200 ciclos, conservando más del 85% de su capacidad después de 400 ciclos de operación.

El diseño asimétrico recientemente introducido por los investigadores aumenta la compatibilidad entre LiPF₆sal, un componente clave de los LiB, y dimetiléter (DME) con bajos potenciales de reducción, lo que permite la formación confiable de interfaces LiF en ánodos de aleación de tamaño micro.

En el futuro, se podrá probar en una gama más amplia de baterías con diferentesánodoy composiciones de cátodos, lo que podría contribuir al desarrollo de soluciones de baterías de próxima generación.

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