Los nuevos desarrollos en la Academia de Ciencias de China están mejorando la forma en que funcionan las baterías de iones duales (DIB).
Los DIB se basan en una combinación de productos químicos diferentes a los utilizados en baterías de iones de litio y aplican grafito como electrodos y una combinación de solventes orgánicos y sales de litio como electrolitos.
En un artículo publicado en Advanced Materials, los investigadores de CAS dicen que han dado una solución a lo que llamar a un «problema notorio» que hace que el sistema funcione mal cuando la batería se recarga y se descarga.
Según Jiang Hongzhu, primer autor del estudio, los DIB han atraído una gran atención debido a su configuración sin metales de transición, su economía y su respeto por el medio ambiente. Sin embargo, la implementación práctica de la tecnología está casi estancada, principalmente debido a fallas rápidas de la batería durante los ciclos de alto voltaje.
«Eventualmente, esta cointercalación de solventes da como resultado la exfoliación y pulverización de grafito a un alto potencial, especialmente en los electrolitos de carbonato lineal ampliamente utilizados», dijo Jiang. También señaló que los ciclos de alto voltaje pueden conducir a la oxidación de electrolitos termodinámicamente inestables.
El científico señaló que las estrategias anteriores centradas en mejorar la estabilidad de los electrolitos no han abordado de manera efectiva el problema crítico de la cointercalación de solventes. Por lo tanto, para evitar este problema y la corrosión de los electrolitos, ella y su equipo necesitaban desacoplar los aniones cargados negativamente del solvente.
Un enfoque viable para hacerlo fue regular la estructura de solvatación del anión introduciendo en el electrolito otro componente que posea una interacción más fuerte con los aniones que los solventes de carbonato.
El grupo decidió centrarse en el hexafluorofosfato, un componente aniónico de las baterías de iones de litio. Emplearon un monómero importante que contenía motivos de amonio cuaternario, que tienen carga positiva, para desarrollar una membrana electrolítica de polímero que puede filtrar aniones de forma selectiva. Esto dio como resultado una excelente estabilidad cíclica con un 01% de eficiencia coulombiana a alto voltaje.
“Esta estrategia inhibe significativamente la cointercalación de solventes, además de mejorar la resistencia a la oxidación del electrolito, asegurando la integridad estructural del grafito”, dijo Cui Guanglei, coautor del artículo.
«Creemos que facilitar la desolvatación del anión es crucial para mejorar el rendimiento de ciclos largos en DIB».
