Introducción
Los electrolitos de las baterías desempeñan un papel crucial en el almacenamiento de energía y son un componente esencial de las modernas tecnologías de baterías. Estas sustancias permiten el flujo de iones entre los electrodos, lo que es esencial para cargar y descargar la batería. En los últimos años, la investigación sobre los electrolitos de las baterías ha avanzado notablemente hacia la mejora de su eficiencia, seguridad y vida útil. Con la creciente importancia de los vehículos eléctricos y las energías renovables, la comprensión y el avance de los electrolitos es fundamental para un futuro energético sostenible.
Sin embargo, hay que tener en cuenta e investigar peligros como el sobrecalentamiento o el desbordamiento térmico. El análisis térmico permite conocer las propiedades térmicas de estos materiales, como la Transiciones de faseEl término transición de fase (o cambio de fase) se utiliza más comúnmente para describir las transiciones entre los estados sólido, líquido y gaseoso.transición de fase o la descomposición.
En representación de los numerosos electrolitos de baterías, se examinó el hexafluoroarsenato de litio (LiAsF6), ampliamente utilizado, en busca de efectos calóricos y cambios de masa mediante análisis térmicos simultáneos.
Condiciones de medición
Debido a las propiedades higroscópicas del LiAsF6, la muestra se preparó en la guantera bajo argón para evitar que el material absorbiera agua. La medición STA también se llevó a cabo en una guantera purgada con argón. En la tabla 1 se detallan los parámetros de medición.
Tabla 1: Parámetros de medición utilizados para la invesitgación con el STA 449 Jupiter®
| Parámetro | Muestra LiAsF6 |
|---|---|
| Peso de la muestra | 12.1 mg |
| Crisol | Concavus® Al, tapa perforada |
| Sensor | TGA-DSC Capacidad calorífica específica (cp)La capacidad calorífica es una magnitud física específica de un material, determinada por la cantidad de calor suministrada a la probeta, dividida por el aumento de temperatura resultante. La capacidad calorífica específica está relacionada con una unidad de masa de la muestra.cp, tipo S |
| Horno | SiC |
| Programa de temperatura | RT a 600°C |
| Velocidad de calentamiento | 10 K/min |
| Atmósfera de gas | Argón |
| Flujo de gas | 70 ml/min |
Resultados de las mediciones
En la figura 1 se muestran los resultados del TGA-DSC. La curva de pérdida de masa muestra dos escalones de 1,1% y 81,7%. El primer paso de pérdida de masa puede atribuirse presumiblemente a la liberación de humedad. El segundo paso de pérdida de masa se debe a la descomposición del LiAsF6. A partir de la curva DSC pueden detectarse dos efectos endotérmicos con temperaturas pico de 122,8°C y 497,7°C y entalpías de 25,18 J/g y 337 J/g, que se correlacionan con los pasos de pérdida de masa. Además, a una temperatura de 265°C, se puede identificar una Transiciones de faseEl término transición de fase (o cambio de fase) se utiliza más comúnmente para describir las transiciones entre los estados sólido, líquido y gaseoso.transición de fase sólido-sólido reversible del LiAsF6 que cambia de fase romboédrica a cúbica1.
1Gavrichev, K.S., Sharpataya, G.A., Gorbunov, V.E. et al. Propiedades termodinámicas y descomposición del hexafluoroarsenato de litio, LiAsF6. Inorganic Materials 39, 175-182 (2003). https://doi.org/10.1023/A:1022102914631
Resumen
La caracterización de los efectos energéticos y la descomposición del electrolito de batería LiAsF6 se llevó a cabo con éxito utilizando análisis térmicos simultáneos. Gracias a la posibilidad de llevar a cabo la preparación de la muestra y la medición STA dentro de una guantera, se pueden medir con éxito incluso materiales que, de otro modo, reaccionarían con la atmósfera circundante, como el material LiAsF6 investigado. A partir de los datos obtenidos, se observa que el LiAsF6 permanece estable hasta la transformación de fase sólido-sólido a unos 265°C. A temperaturas superiores a 300°C, el material se descompone en condiciones inertes. Esta información proporciona conocimientos adicionales con respecto a peligros potenciales como el sobrecalentamiento y el desbordamiento térmico.
Todos los instrumentos de NETZSCH pueden funcionar en una guantera, lo que permite analizar materiales sensibles a las condiciones ambientales o con propiedades tóxicas. Al utilizar una caja de guantes, estos materiales pueden procesarse y analizarse en condiciones controladas, aislados del entorno circundante. Esto permite obtener resultados experimentales que no serían posibles sin estas medidas de protección, ya que el material conserva sus propiedades al tiempo que se garantiza la seguridad de las personas.