INVESTIGACIÓN TEÓRICO-EXPERIMENTAL DE NUEVOS ELECTROLITOS EUTÉCTICOS–AGUA PARA BATERIAS ION LITIO SUSTENTABLES

La batería de ion litio que se considera tecnología verde hasta hoy, pero presenta problemas de toxicidad debido a que su funcionamiento depende de electrolitos orgánicos volátiles, altamente reactivos y son liberados como gas debido a altas temperaturas, filtración, daño o malfuncionamiento, con efectos tóxicos al ambiente y usuarios. La introducción de nuevos electrolitos que reemplacen y brinden la seguridad que se requiere para que las baterías sean más confiables y seguras durante la fabricación, uso, al desecharlas y que se inserten más en el mercado, es necesaria. Este proyecto propone estudiar las propiedades químicas de los solventes eutécticos profundos, específicamente la urea y análogos, combinarlos con proporciones bajas de agua y de sal de litio, con técnicas electroquímicas, modelamiento químico computacional y espectroscópicas, para obtener baterías de ion litio estables, de alto voltaje, más sustentables e iniciar una nueva línea de investigación en nuestro país donde existe un potencial consumo de éstas al igual que en Latinoamérica, en base a investigación previa, capacidades y recursos humanos del grupo de investigación. Específicamente, se intenta cumplir los objetivos siguientes: 1. Estudiar sistemáticamente a través de modelamiento químico computacional las interacciones interfaciales entre el agua, solventes eutécticos y la sal de litio, a partir de sus posibles combinaciones para obtener nuevos sistemas electrolíticos optimizados, además de la formación y estabilidad de la capa SEI . 2. Sintetizar y caracterizar fisicoquímica y espectroscópicamente los sistemas electrolíticos sintetizados y optimizados, a partir de urea y sus análogos, combinados con agua y LTFSI en proporciones controladas considerando los resultados computacionales. 3. Evaluar la compatibilidad de los sistemas electrolíticos optimizados con ánodos y cátodos comerciales y el sintetizado mediante técnicas electroquímicas, así como la composición química, formación y estabilidad de la capa SEI mediante CV, EIS, potenciometría de carga descarga, además de XRD, Raman, SEM-EDX y XPS. 4. Evaluar los sistemas electrolíticos optimizados en una batería de ion-litio tipo moneda mediante perfiles de carga y descarga para definir el sistema óptimo. Así, los estudios fundamentales electroquímicos y de modelamiento químico computacional de las propiedades e interacciones de estos nuevos electrolitos sustentables, que no usan solventes tóxicos, sino compuestos biodegradables y agua, es fundamental, ya que son menos contaminantes y seguros. Las técnicas mencionadas nos permiten explotar y rediseñar las propiedades de estos sistemas para mejorar aspectos ambientales, seguridad y la eficiencia de las baterías. Esto tiene un impacto científico importante ya que se contribuye a ampliar el conocimiento científico fundamental y se incentiva a más grupos de investigación a que inicien este tipo de trabajo en nuestro país. Finalmente, existe un impacto social y económico ya que el costo de producción y desecho de las baterías sería menor, incentivando el consumo en la sociedad de dispositivos sustentables y seguros para su salud.