Simulaciones moleculares de deposición de litio metálico

SARAVIA, PAULA V.; PEÑARANDA, GUADALUPE; CALDERÓN, C. ANDREA; LEIVA, EZEQUIEL P. M.; PAZ, S. ALEXIS

Encuentro; 1er Encuentro Nacional sobre Litio; 2021

El uso de Litio metálico (Li) como ánodo para baterías recargables es un objetivo primario en el campo de investigación del almacenamiento de energía (Yang et al., 2018), en un panorama de transición energética. El principal inconveniente que se encuentra en el uso de este electrodo es el crecimiento de dendritas metálicas durante los ciclos de carga/descarga, estructuras ramificadas que disminuyen el rendimiento de la batería y provocan problemas de seguridad. Es por esto que es de gran importancia estudiar el mecanismo de formación de dendritas y el efecto de las variables involucradas para pensar estrategias que eviten su crecimiento.Desarrollamos un modelo computacional basado en el de Mayers et al. (2012) para simular el crecimiento de dendritas, considerando el movimiento de Li+ en un solvente implícito (es decir, como un medio continuo en el que se encuentra el Li+). La reducción de iones Li+ se considera un evento aleatorio con probabilidad P que puede ocurrir sobre el electrodo implícito definido por el plano xy en la base de la caja de simulación, o sobre Li metálico ya depositado. Esta probabilidad P se puede relacionar con el sobrepotencial experimental de la celda. Encontramos que las distintas probabilidades de deposición influyen en la morfología resultante de las dendritas: a mayor P, mayor crecimiento dendrítico con estructuras más ramificadas. Contrastamos nuestras observaciones con medidas experimentales realizadas en nuestro laboratorio.Presentamos un modelo que permite estudiar la morfología de deposición de Li en diferentes condiciones de reacción y racionalizarlo con mediciones experimentales. Planteamos cómo extender el modelo desarrollado para estudiar la influencia de otros procesos (disolución, difusión superficial, etc.) y parámetros (viscosidad del medio, coeficientes de difusión, etc.) en la formación de dendritas.