Study of Li metal anode surface. interaction with atmospheric gases and impact of impurities in electrochemistry

Abstract

La ganancia de cuota del mercado de vehículos eléctricos es esencial si se pretenden mitigar las consecuencias del efecto invernadero causadas, entre otros factores, por las emisiones de gases de vehículos de motor térmico. Sin embargo, la tecnología encargada de suministrar energía en los vehículos eléctricos, tecnología de Li-ion, no es suficientemente competitiva debido a sus limitaciones en carga rápida, autonomía, seguridad y durabilidad. Por ello, el progreso de la tecnología de Li-ion es vital. Además, su avance asegurará la evolución de los aparatos electrónico portátiles, también alimentados por baterías de Li-ion. De entra las diferentes alternativas existentes para mejorar la densidad energética de las baterías de Li-ion, una de las estrategias más prometedores es el cambio del ánodo actual, grafito, por litio metálico. Aun así, la alta reactividad de la superficie del litio imposibilita tener una superficie estable entre el ánodo y el electrolito. En este trabajo de tesis, la superficie del litio ha sido estudiada con el objetivo de adquirir mayor conocimiento sobre su estabilidad. Para ello, primeramente, se ha analizado cómo los gases atmosféricos secos más comunes (O2, CO2 y N2) modifican la composición química y las propiedades electrónicas de la superficie del litio. Este estudio se ha realizado por medio de las técnicas espectroscópicas de fotoemisión de rayos X y de rayos ultravioleta. En el siguiente estudio, la evolución del carbonato de litio en la superficie del litio se ha analizado in situ por medio de la técnica espectroscópicas de fotoemisión de rayos X de presión ambiente. Finalmente, se ha analizado el efecto de las impurezas nativas de la superficie de una lámina de litio comercial en un sistema electroquímico. Para ello, con el fin de evitar estas impurezas, el primer paso ha sido crecer una capa fina de litio. A continuación, se ha estudiado el rendimiento electroquímico y resistencia interna de un sistema formado por electrodos simétricos de litio y un electrolito polimérico estándar. En este estudio, se ha medido la influencia que ejercen las impurezas nativas de las láminas de litio comerciales, lo que enfatiza la necesidad de adquirir mayor conocimiento sobre el estado inicial de la superficie de litio que se utiliza en las baterías.