Disponible comercialmente desde la década de 1970, la batería de iones de litio es ahora la fuente de energía del caballo de batalla en muchas aplicaciones. Se puede encontrar en teléfonos celulares, computadoras portátiles y vehículos eléctricos. Sin embargo, mucho sobre la ciencia básica que tiene lugar en el ámbito atómico y molecularniveles durante la carga y descarga sigue siendo un misterio.
En un nuevo estudio publicado en Catálisis de la naturaleza , un equipo del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. DOE informa un avance en la comprensión de la química de la capa microscópicamente delgada que se forma en la interfaz entre el electrolito líquido y el electrodo sólido. Los investigadores de baterías comúnmente se refieren a esta capa comola "interfase de electrolitos sólidos" o SEI.
Gran parte del trabajo científico en las últimas décadas se ha dedicado a comprender el SEI en la batería de iones de litio. Los científicos saben que el SEI se forma en el electrodo negativo de grafito, es extremadamente delgado menos de una milésima de milímetro, yprincipalmente toma forma durante la primera carga de la batería. También está bien establecido que el SEI evita que se produzcan reacciones perjudiciales en la interfaz, al tiempo que permite que los importantes iones de litio rienda suelta se muevan entre el electrolito y el electrodo.
Todas las baterías de iones de litio buenas tienen SEI que funcionan bien. Como Dusan Strmcnik, investigador co-principal e ingeniero químico asistente en la división de Ciencia de Materiales MSD, señaló: "El rendimiento de la batería depende en gran medida de la calidad deel SEI. Si se entiende la química y el papel de los componentes individuales del SEI, el SEI podría ajustarse para mejorar el rendimiento de la batería ".
"Más importante aún, tal comprensión mejoraría significativamente nuestra capacidad predictiva de la vida útil de la batería, que es de un valor extremadamente alto para un fabricante de automóviles eléctricos", agregó Strmcnik.
El equipo internacional de investigadores, que incluye colaboradores de la Universidad de Copenhague, la Technische Universität München en Alemania y el Grupo BMW, descifró la química detrás de uno de los componentes más comunes de la SEI en baterías típicas de iones de litio, fluoruro de litioBasado en resultados experimentales y computacionales, sus hallazgos mostraron que esta fase se forma durante la carga de la batería por la reacción electroquímica del fluoruro de hidrógeno, produciendo gas hidrógeno y fluoruro de litio sólido.
Esta reacción depende en gran medida del material del electrodo, que podría ser un metal, grafeno o material grafítico, y por lo tanto demuestra la importancia de la catálisis en el funcionamiento de la batería. El equipo descubrió un nuevo método para monitorear la concentración del fluoruro de hidrógeno, un factor altamenteimpureza perjudicial que se forma a partir de una reacción entre pequeñas cantidades de humedad y la sal LiPF 6 en el electrolito.Esta capacidad de monitoreo debería resultar vital para futuros estudios de ciencias básicas del SEI.
Para el investigador distinguido Argonne y co-investigador principal Nenad Markovic, los resultados del estudio ya están teniendo un impacto comercial. "Nuestros hallazgos ya se están implementando en células de iones de litio en el Centro de Competencia de Celdas de Batería del Grupo BMW. También lo haránabrir nuevas oportunidades para la mejora de las existentes y el diseño de nuevas tecnologías de iones de litio ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional de Argonne . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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