Estudio de formación y transporte de carga del Li2O2 en relación a baterías de Li-O2

Abstract

Las baterías de Li-O2 son un prometedor sistema de almacenamiento de energía que ha generado mucho interes en la comunidad científica debido a su alta densidad de energía teorica dado que sería ideal para usar en automoviles eléctricos. Sin embargo, en la práctica, esta batería ha mostrado un bajo desempeno en cuanto a la capacidad, eficiencia energética y ciclabilidad. El origen de este mal desempeño está ligado a la naturaleza aislante del principal producto de la descarga, el peroxido de litio (Li-2O2), el cual pasiva el catodo en la descarga limitando la capacidad. Por otro lado, demanda altos potenciales de carga que reducen la eficiencia energetica. El Li-2O2 y sus intermediarios electroquímicos también causan descomposiciones del electrolito y el cátodo, que forman productos secundarios sólidos, insolubles e irreversibles que se almacenan en la superficie del cátodo causando así, la “muerte” de la batería luego de un reducido numero de ciclos de descarga y carga. Es por esto que entender el comportamiento electronico del Li-2O2 y su proceso de formacion es de vital importancia para proponer estrategias que permitan mejorar el transporte de carga y la estabilidad de los componentes de la bater ́ıa de Li-O2. En tal sentido, en este tesis intentamos, a traves de cálculos de primeros principios y experimentos, contribuir en el entendimiento y busqueda de mecanismos que mejoren el desempeño de estas baterías, específicamente aquellos relacionados a la capacidad y la disminucion del sobrepotencial. Desde el punto de vista teorico, realizamos cálculos basados en la teoría del funcional de la densidad (DFT) para estudiar el efecto de los halogenos como dopantes en el transporte de carga del Li2O2 bulk.