La nueva mezcla de electrolitos de Argonne estabiliza los ánodos de silicio durante el ciclo.
La batería de iones de litio es omnipresente. Debido a su versatilidad, esta batería se puede adaptar para alimentar teléfonos celulares, computadoras portátiles, herramientas eléctricas o vehículos eléctricos. Ahora es la fuente de una empresa multimillonaria anual que continúa creciendo cada añoaño.
Investigadores del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. DOE han desarrollado una nueva mezcla de electrolitos y un aditivo simple que podría tener un lugar en la próxima generación de baterías de iones de litio.
"En base a los resultados de estas pruebas, tenemos todas las razones para creer que, si los ánodos de silicio alguna vez reemplazan al grafito o constituyen el ánodo en una concentración de más de un porcentaje, esta invención será parte de ella y podría tener un impacto de largo alcance".según .Baris Key, químico Argonne.
Durante muchas décadas, los científicos han estado buscando enérgicamente nuevos materiales de electrodos y electrolitos que puedan producir una nueva generación de baterías de iones de litio que ofrezcan un almacenamiento de energía mucho mayor mientras duran más, cuestan menos y son más seguros. Esta nueva generación probablemente producirá electricidadvehículos más generalizados y acelerar la expansión de la red eléctrica en energía renovable a través de un almacenamiento de energía más barato y confiable.
Para los científicos que desarrollan baterías avanzadas de iones de litio, el ánodo de silicio ha sido el candidato preeminente para reemplazar el ánodo de grafito actual. El silicio tiene una importante ventaja teórica de capacidad de almacenamiento de energía sobre el grafito, pudiendo almacenar casi diez veces el litio al igual que el grafitoEl mayor atractivo comercial del silicio es su bajo costo. Es el segundo material más abundante en la corteza terrestre, y su prevalencia en hardware informático y de telecomunicaciones significa que existen tecnologías de procesamiento sustanciales.
"Pero queda un escollo", señaló Jack Vaughey, químico principal de la división de Ciencias e Ingeniería Química CSE de Argonne. "En el ciclismo, un ánodo a base de silicio en una celda de iones de litio se vuelve muy reactivo con el electrolito, y este proceso degrada la célula con el tiempo, provocando un ciclo de vida más corto ".
Los electrolitos de la batería de iones de litio actualmente contienen una mezcla de solventes, con una sal de litio disuelta y al menos uno, a menudo más de tres aditivos orgánicos. Los científicos de Argonne han desarrollado una estrategia única de aditivos electrolíticos: una pequeña cantidad de una segunda sal que contiene cualquieruno de varios cationes metálicos de carga doble o triple 2+ , Ca 2+ , Zn 2+ o Al 3+ .Estas mezclas de electrolitos mejoradas, denominadas colectivamente "MESA" que significa electrolitos de sal mixta para ánodos de silicio, proporcionan a los ánodos de silicio una mayor estabilidad superficial y volumétrica, mejorando el ciclo a largo plazo y la vida útil del calendario.
"Hemos probado exhaustivamente las formulaciones de MESA con celdas completas fabricadas con electrodos estándar comercialmente relevantes", dijo Baris Key, químico de la división CSE. "La nueva química es simple, escalable y totalmente compatible con la tecnología de batería existente".
"En este proyecto, nos beneficiamos enormemente de la instalación de análisis, modelado y creación de prototipos de células CAMP de Argonne", agregó Vaughey. "Fue allí donde probamos nuestras formulaciones MESA".
Los investigadores de Argonne también investigaron cómo funcionan los electrolitos que contienen MESA. Durante la carga, las adiciones de cationes metálicos en la solución de electrolitos migran al ánodo a base de silicio junto con los iones de litio para formar fases de litio-metal-silicio, que son más establesque el litio-silicio. Esta nueva química celular reduce en gran medida las reacciones secundarias perjudiciales entre el ánodo de silicio y el electrolito que habían plagado las células con el electrolito tradicional. De las cuatro sales metálicas probadas en las células, las sales de electrolitos añadidas con magnesio Mg 2+ o calcio Ca 2+Los cationes demostraron funcionar mejor durante cientos de ciclos de carga-descarga.Las densidades de energía obtenidas con estas células superaron las de las células comparables que tienen química de grafito hasta en un 50%.
"Con base en los resultados de estas pruebas", dijo Key, "tenemos todas las razones para creer que, si los ánodos de silicio alguna vez reemplazan al grafito o constituyen el ánodo en una concentración de más de un porcentaje, esta invención será parte de ella y podría tenerimpacto de largo alcance "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional de Argonne . Original escrito por Joseph E. Harmon. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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