En función de sus grandes densidades de energía gravimétrica y volumétrica, las baterías de iones de litio son la tecnología de elección para la electrónica portátil y la movilidad eléctrica. Los electrodos positivos y negativos de las baterías de iones de litio pueden almacenar Li, cuyo peso específico es un factor decisivo en la densidad de energía. A medida que la densidad de energía de las químicas de inserción de iones de litio se acerca a su límite, la investigación intensiva se dirige hacia ánodos y cátodos de alta capacidad. Las baterías Li-air o Li−O2 tienen un gran potencial para aplicaciones que consumen mucha energía, como vehículos eléctricos, debido a su densidad de energía específica teórica extremadamente alta.
En el electrodo positivo en baterías de Li−O2 apróticas típicas, el proceso de (des)carga procede a través de la formación (reacción de reducción de oxígeno, ORR) y la descomposición (reacción de evolución de oxígeno, REA) de Li2O2 de acuerdo con la reacción 2Li+ + O2 → Li2O2. Los desafíos incluyen:
- Formación reversible de Li2O2 en condiciones de ciclo realistas
- Evitando reacciones de descomposición de electrolitos.
El ánodo final es Li-metal que tiene la capacidad específica más alta para Li (3860 mAh g-1), más de diez veces más grande que los ánodos de grafito estándar (370 mAh g-1) y el potencial redox más bajo (-3,04 V frente al hidrógeno estándar). Los desafíos incluyen:
- Prevención de reacciones de descomposición de electrolitos y estabilización de la interfaz de electrolitos Li-metal
- Recubrimiento compacto reversible de Li-metal que evita la formación de Li-dendritas.
Actualmente, el desafío es obtener una mejor comprensión de estos procesos fundamentales, y lograr una larga vida útil del ciclo mediante el desarrollo de electrolitos más estables y un mejor control de la formación y descomposición reversible de Li2O2 y Li-metal.
Dentro del Almacenamiento de electrodos de grupo de Energía Electroquímica (VER), se investigan los mecanismos fundamentales de los cátodos Li-metal y Li2O2, y se desarrollan nuevos materiales para lograr un mejor rendimiento.
