Pilas recargables más económicas y sostenibles

Electrolito de concentración ultrabaja para baterías de iones de litio

23.04.2024

Las sales de litio hacen que las baterías sean potentes pero caras. Un electrolito de concentración ultrabaja basado en la sal de litio LiDFOB puede ser una alternativa más económica y sostenible. Las pilas que utilizan estos electrolitos y electrodos convencionales han demostrado tener un alto rendimiento, según ha informado un equipo de investigación a la revista Angewandte Chemie. Además, el electrolito podría facilitar tanto la producción como el reciclado de las baterías.

Las baterías de iones de litio (LIB) proporcionan energía a teléfonos inteligentes y tabletas, impulsan vehículos eléctricos y almacenan electricidad en centrales eléctricas. Los principales componentes de la mayoría de las LIB son cátodos de óxido de litio y cobalto (LCO), ánodos de grafito y electrolitos líquidos que suministran iones móviles para las reacciones desacopladas del cátodo y el ánodo. Estos electrolitos determinan las propiedades de la capa interfásica que se forma en los electrodos y, por tanto, afectan a características como el rendimiento de los ciclos de la batería. Sin embargo, los electrolitos comerciales siguen basándose en su mayoría en un sistema formulado hace más de 30 años: 1,0 a 1,2 mol/L de hexafluorofosfato de litio (_LiPF6) en ésteres de ácidos carboxílicos ("disolvente de carbonato"). En los últimos diez años se han desarrollado electrolitos de alta concentración (> 3 mol/L), que aumentan el rendimiento de las baterías al favorecer la formación de robustas capas interfásicas dominadas por compuestos inorgánicos. Sin embargo, estos electrolitos presentan una alta viscosidad, una escasa capacidad de humectación y una conductividad inferior. Las grandes cantidades de sales de litio necesarias también los hacen muy caros, a menudo un parámetro crítico para la viabilidad. Para reducir costes, también se ha empezado a investigar en electrolitos de concentración ultrabaja (< 0,3 mol/L). El inconveniente de éstos ha sido que la pila descompone más disolvente que los escasos aniones salinos, lo que da lugar a una capa interfásica dominada por orgánicos y menos estable.

Un equipo dirigido por Jinliang Yuan, Lan Xia y Xianyong Wu de la Universidad de Ningbo (China) y la Universidad de Puerto Rico-Recinto de Río Piedras (EE.UU.) ha desarrollado ahora un electrolito de concentración ultrabaja que puede ser adecuado para su aplicación práctica en baterías de iones de litio: LiDFOB/EC-DMC. El LiDFOB (difluoro(oxalato)borato de litio) es un aditivo común y significativamente más barato que el _LiPF6. El EC-DMC (carbonato de etilo/dimetilcarbonato) es un disolvente comercial de carbonato. El electrolito tiene un bajo contenido en sal potencialmente récord del 2 por ciento en peso (0,16 mol/L), pero una conductividad iónica suficientemente alta (4,6 mS/cm) para hacer funcionar una batería. Además, las propiedades de los aniones ^DFOB- permiten la formación de una robusta capa interfásica de predominio inorgánico en los electrodos de LCO y grafito, lo que se traduce en una extraordinaria estabilidad cíclica en medias celdas y celdas completas.

Mientras que el _LiPF6 que se utiliza actualmente se descompone en presencia de humedad, liberando gas fluoruro de hidrógeno (HF) altamente tóxico y corrosivo, el LiDFOB es estable al agua y al aire. En lugar de las estrictas condiciones de una sala seca, las LIB con LiDFOB pueden fabricarse en condiciones ambientales, lo que supone un ahorro de costes adicional. El reciclaje también sería mucho menos problemático y más sostenible.

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Publicación original

Zhishan Liu, Wentao Hou, Haoran Tian, Qian Qiu, Irfan Ullah, Shen Qiu, Wei Sun, Qian Yu, Jinliang Yuan, Lan Xia, Xianyong Wu; "An Ultralow‐concentration and Moisture‐resistant Electrolyte of Lithium Difluoro(oxalato)borate in Carbonate Solvents for Stable Cycling in Practical Lithium‐ion Batteries"; Angewandte Chemie International Edition, 2024-4-5

https://www.quimica.es/noticias/1183268/pilas-recargables-mas-economicas-y-sostenibles.html