Baterías más eficientes gracias al desarrollo de nuevas sales de litio

Estas sales tienen un rol imprescindible en los electrolitos debido a que son los responsables de la conductividad iónica, estabilidad electroquímica y térmica y la corrosión del sistema. Además de todo ello, la ciclabilidad de la batería suele estar altamente relacionada con la calidad y estabilidad de la capa protectora formada en el ánodo, la cual, a su vez, está íntimamente relacionada con la naturaleza del anión de la sal de litio utilizada.

Por todo ello, la generación de nuevas sales de litio que sobrepasen las ampliamente estudiadas y conocidas se vuelve de vital importancia. La búsqueda de baterías de alta densidad energética y seguras

A este nuevo ánodo se le ha unido la cada vez más común utilización de materiales activos de intercalación de alto voltaje como los óxidos de níquel, manganeso y cobalto de alto contenido en el primero de ellos.

Sin embargo, este nuevo concepto de baterías de alto voltaje se encuentra con retos inherentes que están asociados a su alta reactividad química y a la formación de dendritas por parte del ánodo de litio o a la inferior estabilidad de los componentes del electrolito frente a los cátodos de clase 4-V y su colector de corriente de aluminio (Al0).

En este punto es donde resulta crucial el desarrollo de nuevas sales de litio con el objetivo de optimizar las propiedades del electrolito. Estas nuevas sales integradas en el electrolito deben promover un ciclado sin dendritas debido a su facilidad para generar una capa protectora en el ánodo de litio mediante su descomposición, así como, a su vez, deben proteger el resto de los componentes de la batería a las posibles corrosiones por el alto voltaje.

Durante años, bajo la atenta supervisión de Michel Armand y María Martínez, el grupo de polímeros ha desarrollado diversas sales de litio basadas en sulfonamidas. En 2020, CIC energiGUNE reportó una sal de litio libre de grupos CF3. Si bien estos grupos mejoran la plastificación de los sistemas basados en electrolito sólido, su alta estabilidad impide la generación de capas protectoras en el ánodo de litio que pasivicen y protejan éste frente a la generación y crecimiento de dendritas.

Un año más tarde, en 2021, se reportaron dos diferentes tipos de sales basadas en grupos benceno que conjugaban las buenas propiedades de solvatación de la sal de referencia LiTFSI con una mayor selectividad de la conducción de iones de litio, tres veces superior a la referencia, lo que hace mejorar la ciclabilidad del sistema al reducir la presencia de dendritas.

En este nuevo estudio, se demostró que la descomposición de esta sal de litio no solo genera una capa protectora en el ánodo que reduce su reactividad aumentando su vida útil, sino que dicha capa protectora también es generada en el cátodo eliminando o protegiendo al sistema de la corrosión debido al alto voltaje. Esto es de gran importancia ya que demuestra la viabilidad de esta sal para ser usada en los cátodos de alto voltaje que se están desarrollando actualmente, aumentando su vida útil debido a la pasivación y protección del colector de corriente.

En resumen, dado el aumento actual y futuro de las demandas energéticas, la introducción de nuevas estructuras salinas en el electrolito deseado podría ser un enfoque interesante para mejorar el rendimiento de la batería. Por ello, gracias a la colaboración interdisciplinar de los diferentes grupos de investigación, CIC energiGUNE pretende promover el desarrollo de nuevas sales y el estudio práctico y real del rendimiento de las mismas.