Baterías de litio-metal basadas en nitruro de carbono oxigenado y alta densidad de energía

Resumen Las baterías de litio (Li) con electrolitos poliméricos son prometedoras para aplicaciones de almacenamiento de energía de alta densidad y seguras. Sin embargo, los electrolitos poliméricos actuales sufren de baja conductividad iónica o una capacidad inadecuada para suprimir el crecimiento de dendritas de Li a altas densidades de corriente. Este estudio aborda ambas cuestiones al incorporar nitruro de carbono oxigenado bidimensional (2D OCN) en un electrolito polimérico compuesto basado en fluoruro de polivinilideno (PVDF) y modificar el ánodo de Li con OCN. El electrolito de PVDF con nanosheets de OCN incorporados exhibe una alta conductividad iónica (1.6 × 10 −4 S cm −1 a 25°C) y un número de transferencia de Li + (0.62), una amplia ventana electroquímica (5.3) y una excelente resistencia al fuego. Además, el ánodo de Li modificado con OCN genera in situ una capa protectora de Li 3 N durante el ciclo, previniendo reacciones indeseables con el electrolito de PVDF y suprimiendo efectivamente el crecimiento de dendritas de Li. Celdas simétricas que utilizan el electrolito polimérico de PVDF mejorado y el ánodo de Li modificado demuestran una larga estabilidad de ciclo durante más de 2500 h a 0.1 mA cm −2 . Celdas completas con un cátodo de LiNi 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2 de alta tensión exhiben alta densidad de energía y estabilidad de ciclo a largo plazo, incluso con una alta carga de 8.2 mg cm −2 . La incorporación de nanosheets de 2D OCN en el electrolito basado en PVDF y el ánodo de litio-metal proporciona una estrategia efectiva para lograr baterías de litio-metal seguras y de alta densidad de energía.