Additius per les bateries de ió-Li.

Els nous additius podrien ajudar a les bateries de ió de liti per millora el seu rendiment en una rang més ampli de temperatures esdevenint com un potencial avantatge per als cotxes elèctrics.

Els cotxes elèctrics lluiten amb temperatures extremes, que  poden degradar les solucions electrolítiques que permeten la circulació dels ions entre els elèctrodes negatius, o ànodes, i els elèctrodes positius o càtodes dins de les bateries de ió-Li .

Un additiu, pot ser la clau per a aquestes solucions electrolítiques, per exemple, el carbonat d'etilè, que ajuda a produir una capa protectora que evita la descomposició dels components electrolítics quan interactuen amb l'ànode. No obstant això, el carbonat d’etilè té un alt punt de fusió, la qual cosa limita el seu rendiment a baixes temperatures.

El científic de materials Wu Xu del Laboratori Nacional de Richland, Washington, i els seus companys van demostrar que podrien ampliar el rang de temperatures de les bateries de ions de liti substituint parcialment el carbonat d'etilè amb carbonat de propilè i afegint hexafluorfosfat de cesi. No obstant això, volien millorar el rang de temperatures de les bateries de ions de liti encara més, per poder funcionar bé entre -40 a 60 ºC.

Font: Shutterstock

Aquest nou estudi, Xu i els seus col·legues van provar els efectes en el rendiment de les bateries de ions de liti de cinc additius electrolítics, dins d'aquest rang de temperatura. Mitjançant una combinació de modelatge computacional, dècades d’experiència amb les propietats químiques i electroquímiques d’electròlits i additius líquids, i també, gràcies a la prova i error, van identificar una combinació de tres compostos que es van afegir a la seva solució electròlit anterior.

Aquesta nova barreja va provocar la formació de capes protectores altament conductores, uniformes i robustes tant a l'ànode com al càtode. A -40º C, les bateries que contenen aquesta barreja aconseguien el 67% del rendiment de descàrrega respecte a les temperatura ambient. En comparació, les bateries regulars d’ions de liti només tenen una capacitat de descàrrega del 20%.

Normalment, incloent una varietat d’additius dins dels electròlits, es produeixen capes gruixudes d’elèctrodes positius i negatius a temperatures baixes, que són bastant resistents al transport d’ions, ja que condueixen a un rendiment de descàrrega de baixa temperatura molt baix. Aquesta mezcla d’additius encara produeix capes superficials molt fines en els dos elèctrodes, i la seva resistència és baixa i no canvia gaire amb el cycling. Això s’aconsegueix gràcies als efectes sinèrgics d’aquests additius.

Les noves bateries també van mostrar una estabilitat del cycling a llarg termini als 25º C, mantenint-se en més del 85 per cent de la seva capacitat original després de 1.000 cicles. A més, a 60º C, les noves bateries van mantenir més del 60 % de la seva capacitat original després de 300 cicles, mentre que les bateries de ions de liti convencionals només mantenien al voltant del 10 per cent de la seva capacitat original.

Els científics pretenen validar aquests resultats en "bateries comercials de ions de liti en condicions de prova reals, per aconseguir que les companyies de bateries utilitzin els electròlits en els seus sistemes de bateries per a vehicles elèctrics. També esperen experimentar amb additius electrolítics per millorar altres aspectes del rendiment de la bateria, com ara augmentar la seva velocitat de càrrega i reduir la seva inflamabilitat.

Font: IEEE Spectrum