Propiedades de transporte, estabilidad y nanoestructura de electrolitos para baterías de Li-O2

• Autores: Horwitz, Gabriela
• Año de publicación: 2021
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Corti, Horacio Roberto
• Materia: BATERIAS DE LITIO-AIRE; BATERIAS DE LITIO-OXIGENO; ELECTROLITOS ACUOSOS; ELECTROLITOS NO ACUOSOS; GLIMAS; SOLUCIONES SUPERCONCENTRADAS; WATER-IN.SALT; PROPIEDADES DE TRANSPORTE; CONDUCTIVIDAD; DIFUSION; SANS; SNIFTIRS; DESACOPLE DE MOVILIDAD-VISCOSIDAD; CORRELACION IONICA; LITHIUM-AIR BATTERIES; LITHIUM-OXYGEN BATTERIES; AQUEOUS ELECTROLYTES; NON-AQUEOUS ELECTROLYTES; GLYMES; SUPER-CONCENTRATED SOLUTIONS; WATER-IN-SALT; TRANSPORT PROPERTIES; CONDUCTIVITY; DIFFUSION; SANS; SNIFTIRS; MOBILITY-VISCOSITY DECOUPLING; IONIC CORRELATION
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

Dotadas de una enorme densidad energética teórica y alta capacidad, las baterías de Li-O2 han atraído la atención de la comunidad científica debido a su potencialidad para reemplazar a los combustibles fósiles en aplicaciones de electromovilidad. Sin embargo, a pesar de las grandes promesas, estas baterías presentan muchos desafíos a resolver antes de convertirse en una tecnología comercial. Una de las mayores limitaciones es la falta de un electrolito estable, no volátil y con propiedades de transporte de Li+ y O2 adecuadas, hecho que resulta en una baja densidad energética, ciclabilidad y velocidad de carga/descarga. En esta tesis doctoral se plasma la contribución realizada al entendimiento fundamental de los procesos inherentes a electrolitos acuosos y no acuosos candidatos a ser utilizados en baterías de Li-O2. En primer lugar, se discuten en detalle las propiedades de transporte en electrolitos de la familia de las glimas, así como su especiación y estabilidad electroquímica en condiciones de operación de una batería de Li-O2. Luego se presenta un estudio exhaustivo de las propiedades de transporte en electrolitos acuosos superconcentrados, “Water-in-Salt”, que son interesantes tanto desde un punto de vista aplicado, por su elevada estabilidad electroquímica, como fundamental, por los desafíos que representan las altas concentraciones a nivel teórico. Dichos electrolitos presentan propiedades características de sistemas nano-segregados, lo cual se corroboró mediante un estudio de dispersión neutrónica de bajo ángulo. A lo largo de esta tesis se analiza la implicancia de cada una de las características estudiadas en la eficiencia y correcto funcionamiento de una batería, realizando un aporte relevante para el diseño de nuevos y optimizados electrolitos.
Endowed with a huge theoretical energy density and high capacity, Li-O2 batteries have attracted the attention of the scientific community due to their potentiality to replace fossil fuels in automotive applications. Despite their great potential, these batteries present many challenges that need solving before technology deployment. One of the major limitations is the lack of a stable, non-volatile electrolyte with adequate Li+ and O2 transport properties, which results in low energy density, cyclability, and charge/discharge rate. This doctoral Thesis reflects the contribution made to the fundamental understanding of the processes inherent to aqueous and non-aqueous electrolytes candidates for use in Li-O2 batteries. The transport properties in electrolytes of the glyme family, as well as their speciation and electrochemical stability under the operating conditions of a Li-O2 battery, are discussed in detail. A comprehensive study of the transport properties in super-concentrated aqueous electrolytes, "Water-in-Salt", is also presented, which are interesting from both the applicability aspect, due to their high electrochemical stability, and a fundamental point of view due to challenges posed by high concentrations at a theoretical level. These electrolytes have characteristic properties of nano-segregated systems, which were evidenced through a Small-Angle Neutron Scattering study. Throughout this Thesis, the implications of each studied characteristic in the efficiency and correct operation of a battery will be analyzed, providing a relevant contribution to the design of new and improved electrolytes.
Fil: Horwitz, Gabriela. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.