Design of new ionic liquid-based electrolytes for lithium-oxygen battery
Las baterías de litio-oxigeno (Li-O2 o litio-aire) son un campo de gran interés y reciente actualidad ya que su densidad energética es teóricamente similar a la de la gasolina. Esta tecnología es potencialmente una de las mejores soluciones para el diseño y la construcción de vehículos eléctricos. S...
| Autor: | |
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| Tipo de recurso: | tesis doctoral |
| Fecha de publicación: | 2018 |
| País: | España |
| Institución: | Universitat Autònoma de Barcelona |
| Repositorio: | Dipòsit Digital de Documents de la UAB |
| Idioma: | inglés |
| OAI Identifier: | oai:ddd.uab.cat:201513 |
| Acceso en línea: | https://ddd.uab.cat/record/201513 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | Piles de liti Acumuladors de liti |
| Sumario: | Las baterías de litio-oxigeno (Li-O2 o litio-aire) son un campo de gran interés y reciente actualidad ya que su densidad energética es teóricamente similar a la de la gasolina. Esta tecnología es potencialmente una de las mejores soluciones para el diseño y la construcción de vehículos eléctricos. Sin embargo, esta nueva tecnología seguirá sujeta a investigación al menos durante los próximos 20 años, debido a su baja ciclabilidad, su eficiencia eléctrica limitada y la dificultad para montar una celda real, segura, y capaz de funcionar en condiciones atmosféricas tan bien como a escala de laboratorio donde las condiciones son controladas. Recientemente, el uso de líquidos iónicos como disolventes verdes está captando la atención de muchos investigadores por características físico-químicas, tales como su casi nula inflamabilidad, su baja presión de vapor y su amplia ventana de potencial. En este sentido los líquidos iónicos ofrecen una alternativa interesante a los disolventes orgánicos tradicionales utilizados para los electrolitos de baterías de Li-O2. En la presente tesis doctoral, se determinan las propiedades químico-físicas de varios líquidos iónicos para diseñar un electrolito adecuado basado en los mismos. El estudio de estos parámetros, comparados con las prestaciones electroquímicas de la batería, permite encontrar una correlación entre la viscosidad, la solvatación de litio en el electrolito y la capacidad de la batería. Dado que la viscosidad de los líquidos iónicos es demasiado alta para tener una cinética de reacción adecuada en la batería, se estudian mezclas con disolventes orgánicos. Posteriormente, se caracterizan estos electrolitos compuestos de dimetilsulfóxido (DMSO), 1-etil-3-metilimidazolio bis(trifluorometilsulfonil)imida (EMI TFSI) y LiClO4, evaluando la idoneidad de cada formulación. La concentración óptima de EMI TFSI permite reducir el sobrepotencial de 1.43 V a 1.06 V, con una ciclabilidad de 69 ciclos, con una capacidad limitada a 200 mAh g-1. Con estos resultados, se utiliza la difracción de rayos X en tiempo real con un sincrotrón, con el objetivo de analizar la oxidación/reducción de los derivados de óxidos de litio en una batería en funcionamiento. Este estudio demuestra que el litio utilizado como material anódico, reacciona con el líquido iónico, formando LiOH en continuo, independientemente del estado de carga. La comparación entre los diferentes electrolitos, permite incrementar el conocimiento sobre el funcionamiento interno de la batería, para futuras investigaciones sobre el desarrollo de electrolitos para baterías de Li-O2. |
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