Desde la Universidad Tecnológica de Varsovia (WUT) llega un nuevo compuesto químico, el Lithium TDI, que puede añadirse como aditivo en los electrolitos de las baterías con ánodo de grafito o silicio, aumentando su capacidad energética y alargando su vida útil. Gracias a sus componentes de alta pureza es posible garantizar el rendimiento y la seguridad de la batería tanto las que incluyen ánodos grafíticos como los basados en silicio.

Los componentes electrolíticos de alta pureza son cruciales para mitigar las reacciones secundarias y la degradación prematura de la batería. El LiTDI es un nuevo aditivo electrolítico capaz de aumentar la vida útil de la batería y el rendimiento de la carga rápida, además de abordar los problemas de pureza y estabilidad cuando se combina con los materiales de los electrodos cuya base química ofrece mayores potenciales de capacidad energética como son el grafito y el silicio.

Síntesis del LiTDI

El Lithium TDI (litio 4,5-diciano 2 trifluorometil-imidazol) se descubrió por primera vez en la Universidad Tecnológica de Varsovia (WUT). Para sintetizarlo y purificarlo ha contado con la colaboración de dos instituciones francesas: el Centro Nacional de Investigación Científica (CRNS) y la Universidad de Amiens. Uno de los componentes del equipo de investigación de Michel Armand en la Universidad de Amien es Gregory Schmidt, gerente de proyectos de baterías de iones de litio en la empresa Arkema, especializada en productos químicos y materiales avanzados 

Estructuras de LiTDI.

El equipo de investigación comenzó a investigar los beneficios de esta sal sobre las baterías de iones de litio. Schmidt se centró tanto en la síntesis como en la formulación de electrolitos, demostrando que esta sal de litio agregaría un gran valor si se emplease como aditivo. Tras dos años de investigación y desarrollo de aplicaciones en Amiens, regresó a Arkema para incorporar esta molécula en la plataforma de soluciones de baterías y energía renovable de la empresa.

Funcionamiento químico del LiTDI y lista de ventajas

LiTDI combina múltiples beneficios. Su estructura molecular está diseñada específicamente para brindar una gran estabilidad electroquímica, así como una buena disociación de iones. En primer lugar, el anillo de imidazol facilita la deslocalización de la carga negativa mediante un efecto de resonancia. En segundo lugar, los dos grupos de nitrilo ayudan a disociar la carga positiva. Por último, el grupo CF3 unido al anillo de imidazol aporta la estabilidad electroquímica.

La molécula es extremadamente estable térmicamente y solo se degrada a temperaturas superiores a 250°C. También elimina la humedad dentro del electrolito. Al reducir el impacto de las impurezas en los diferentes componentes del electrolito, la adición de solo el 1% de LiTDI mejora su estabilidad y, por lo tanto, la vida útil de la batería.

Otra característica significativa del LiTDI en el rendimiento de la batería es su contribución a la formación de una capa de pasivación en el colector de corriente de aluminio. La corrosión en el colector de corriente del cátodo es un problema que eleva la resistividad interna y reduce su capacidad. El LiTDI crea una protección estable que aumenta la vida útil de las baterías que contienen electrolitos basados ​​en sales alternativas como el NMC 622.

Comparación de resistividad del electrolito comercial y el basado el LiTDI. Fuente Arkema.

Por último, hay que destacar el importante papel que desempeña en la formación y estabilización de la interfaz de los electrolitos sólidos (SEI), protegiendo el ánodo de las reacciones de degradación con los solventes orgánicos. En combinación con otros aditivos, el SEI resultante es más delgado, más reticulado y más robusto, lo que se traduce en una resistividad más baja y una reducción en la pérdida de capacidad inicial. 

Resultados prácticos

Como resultado de esta exhaustiva lista de beneficios electroquímicos, el LiTDI se convierte en una excelente opción para ser empleado como aditivo en las baterías de iones de litio que exigen altos voltajes y temperaturas. Exhibe mejoras significativas en el rendimiento de la carga y la descarga rápidas permitiendo un elevado número de ciclos. Esta cualidad extiende significativamente la vida útil de la batería no solo en los ánodos grafíticos sino también en los ánodos basados en silicio.