Uso de Polímeros nanocompuestos como electrolito en baterías de litio metálico para la supresión de crecimiento dendrítico

ESTEBAN M. EUTI; BARRACO, DANIEL E.; CALDERÓN, CECILIA ANDREA; ALVAREZ IGARZABAL, CECILIA I.; PICCHIO, MATÍAS; EZEQUIEL P. M. LEIVA

Montevideo

Congreso; XXIV Congreso de la Sociedad Iberoamericana de Electroquímica SIBAE 2020; 2020

Sociedad Iberoamericana de Electroquímica

El avance en tecnologías de dispositivos móviles y medios de transporte eléctricos, requieren de dispositivos de almacenamiento de energía cada vez más potentes, livianos y baratos. Las baterías de ión litio están alcanzando finalmente su límite teórico de densidad energética, por lo que es necesario desarrollar nuevas tecnologías. El litio metálico es el material anódico por excelencia ya que presenta la mayor densidad energética teórica (3860 mAh g-1) y el menor potencial de reducción (-3.04 V vs. SHE). Debido a su gran reactividad, reacciona con el electrolito formando una interfaz de electrolito sólido (SEI), la cual impide al litio metálico continuar reaccionando. Durante los ciclos de carga/descarga, la SEI se vuelve mecánicamente inestable, lo que produce grietas y huecos en la interfaz, que deriva en una deposición no homogénea de litio. Esto provoca la formación de litio de alta área superficial (HSAL) cuyo continuo crecimiento provoca consumo del electrolito, baja eficiencia coulómbica (CE) y problemas de seguridad provocados por cortocircuitos internos. Los electrolitos poliméricos son una estrategia muy atractiva para solucionar estos problemas, ya que permiten obtener interfaces estables y flexibles para soportar los cambios de volumen en los procesos de deposición-disolución de litio, y con un módulo de Young lo suficientemente alto como para evitar el crecimiento de HSAL, lo que mejora la CE, la estabilidad y la seguridad de la celda. En el presente trabajo se presentan los resultados obtenidos con una membrana porosa auto-ensamblada de polivinilalcohol y ácido gálico, interpenetrada con poliestireno sulfonado, como electrolito polimérico en una celda de litio metálico. El método de síntesis de dicha membrana no involucra el uso de solventes orgánicos, por lo que su preparación es más limpia y menos contaminante. Estos electrolitos poliméricos resultaron eficaces en la supresión de formación de HSAL y en mejorar la estabilidad de la celda. Por último, se agregaron nanopartículas de TiO2 a la membrana, las cuales incrementaron tanto la conductividad como la estabilidad mecánica del electrolito.