Estudios de Espectroscopía Infrarroja sobre la estabilidad de dimetilsulfóxido para la aplicación en las baterías de Litio-aire

MOZHZHUKHINA, NATALIIA; MENDEZ DE LEO, LUCILA PAULA; CALVO, ERNESTO J.

La Serena

Congreso; XXI CONGRESO DE LA SOCIEDAD IBEROAMERICANA DE ELECTROQUÍMICA - SIBAE 2014; 2014

Sociedad Iberoamericana de Electroqíimica

Estudios de Espectroscopía Infrarroja sobre la estabilidad de dimetilsulfóxido para la aplicación en las baterías de Litio-aire Nataliia Mozhzhukhina, Lucila P. Méndez de Leo, Ernesto Julio Calvo Universidad de Buenos Aires, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Instituto de Química Física de los Materiales, Medio Ambiente y Energía (INQUIMAE), Laboratorio de Electroquímica Molecular. Intendente Güiraldes 2160 - Ciudad Universitaria (C1428EGA) CABA, Argentina. nataliia@qi.fcen.uba.ar En los últimos años, la tecnología de batería de Li-aire ha capturado atención en todo el mundo debido a su alta densidad de energía teórica, que es un orden de magnitud mayor que la de Li-ión. Se cree que es un candidato prometedor para reemplazar la gasolina en los coches eléctricos. La batería no-acuosa recargable de Li-aire fue introducida por primera vez en 1996 por Abraham1, y consistía de un ánodo de litio metálico, un electrolito no acuoso que conduce Li+, y un cátodo de carbón poroso. Durante la descarga, el oxígeno del aire se reduce para formar peróxido de litio en el cátodo, y la reacción inversa ocurre durante la carga.La estabilidad del solvente frente a especies reactivas de oxígeno reducido es una de los principales problemas sin resolver. Se ha demostrado que los distintos electrolitos, incluyendo aquellos basados en carbonatos orgánicos y éteres orgánicos se descomponen luego de varios ciclos de carga-descarga. Recientemente, varios informes mostraron que las celdas de Li-aire con electrolitos basados en dimetilsulfoxido (DMSO), poseen un aumento en la estabilidad del electrolito2. En esta comunicación, hemos estudiado la estabilidad del DMSO como solvente en Li+ electrolito para la batería de litio-aire3. Se mostró que a largo plazo (2 meses), el dimetilsulfoxido se descompone químicamente a dimetilsulfona (DMSO2) en presencia del anión superóxido, pero no se detecta la descomposición del solvente en presencia de peróxido de litio (insoluble en DMSO). Por otro lado, los experimentos de in-situ SNIFTIRS han mostrado que el DMSO es estable durante la reducción electroquímica de oxigeno, pero oxida electroquímicamente a potenciales altos durante la carga de la batería. Se detectó la formación de DMSO2 a 4.2 V en un electrodo de oro en las soluciones de LiPF6 y TBAPF6 en DMSO, saturados en oxígeno y también en solvente libre de oxígeno. Como conclusión, la batería de Litio-aire no debe ser cargada a potenciales mayores de 4.2 V con electrodos de oro debido a la descomposición anódica del electrolito. Simultáneamente a la formación de DMSO2, se encontró la desaparición de trazas de agua del solvente. Así concluimos que las moléculas de agua reaccionan con el DMSO para formar DMSO2 a potenciales altos. Por lo tanto, el contenido del agua en el electrolito debe ser cuidadosamente controlado. Los estudios similares realizados en los electrodos de Pt han mostrado la descomposición de electrolito a un potencial más bajo que en el electrodo de oro. El DMSO se descompone en estas condiciones a 3.5 V con la formación de un producto intermediario, que luego se oxida a dimetilsulfona a 4.3 V. Referencias 1.Abraham, K. M., A Polymer Electrolyte-Based Rechargeable Lithium/Oxygen Battery. Journal of the Electrochemical Society 1996, 143 (1), 1. 2.(a) Peng, Z.; Freunberger, S. A.; Chen, Y.; Bruce, P. G., A reversible and higher-rate Li-O2 battery. Science 2012, 337 (6094), 563-6; (b) Xu, D.; Wang, Z. L.; Xu, J. J.; Zhang, L. L.; Zhang, X. B., Novel DMSO-based electrolyte for high performance rechargeable Li-O2 batteries. Chem Commun (Camb) 2012, 48 (55), 6948-50. 3.Mozhzhukhina, N.; Méndez De Leo, L. P.; Calvo, E. J., Infrared Spectroscopy Studies on Stability of Dimethyl Sulfoxide for Application in a Li?Air Battery. The Journal of Physical Chemistry C 2013, 130903094953003.