Comprensión Multiescala y Diseño de Arquitecturas de Electrodes de Baterías de Iones de Litio de Alta Energía/Potencia

Resumen Entre los diversos dispositivos de almacenamiento de energía disponibles comercialmente, las baterías de iones de litio (LIBs) destacan como la tecnología más compacta y de más rápido crecimiento. Este sistema multicomponente opera con dinámicas acopladas para almacenar y liberar electricidad de manera reversible. Con las arquitecturas jerárquicas de los electrodos dentro de las LIBs, se puede realizar una funcionalidad versátil por diseño, aunque quedan considerables dificultades por resolver para aprovechar completamente la capacidad de cada constituyente. Con la rápida electrificación del sector del transporte y una urgente necesidad de renovar las redes eléctricas en el contexto de la penetración de energías renovables, las demandas de baterías de alta energía y alta potencia están aumentando continuamente. Aunque construir una batería ideal requiere esfuerzo de múltiples aspectos científicos y de ingeniería, es imperativo obtener una comprensión de los comportamientos de transporte multiescala que surgen en dimensiones espaciales y temporales, y permitir su integración armónica dentro del sistema de batería completo. En este informe de progreso, se revisan los esfuerzos de investigación recientes en la caracterización y comprensión de la cinética de transporte en LIBs, cubriendo una amplia gama de materiales de electrodos y escalas de longitud. Para demostrar el papel crucial de dicha información en el diseño revolucionario de electrodos, se proporcionan ejemplos de electrodos innovadores de alta energía/potencia con sus arquitecturas porosas jerárquicas únicas resaltadas. Para concluir, se discuten perspectivas sobre enfoques adicionales hacia diseños avanzados de electrodos gruesos con cinéticas rápidas y propiedades personalizadas.