Aplicación de Ánodos basados en Titanatos de Litio para Almacenamiento Electroquímico de Energía: Prototipos de Baterías de Ión-Litio
2018
En el presente articulo se informan resultados experimentales correspondientes al rendimiento electroquimico de dos materiales activos de titanato de litio (LTO), sintetizados por metodo ceramico y caracterizados previamente, para ser empleados como electrodo negativo en prototipos de baterias de ion litio (BILs). Estos materiales fueron ciclados galvanostaticamente en forma prolongada empleando litio metalico como electrodo auxiliar, mostrando una excelente reversibilidad en los procesos de carga y descarga durante 300 ciclos. A partir de la proyeccion de los valores de capacidad especifica en funcion del numero de ciclos, se pudo estimar que estos materiales tienen la capacidad de soportar el ciclado galvanostatico durante 450-500 ciclos antes de disminuir al 80% de la capacidad inicial. Se ensamblaron dos prototipos de BILs, empleando como electrodo negativo los materiales de LTO y como electrodo positivo un compuesto de fosfato de hierro y litio comercial (LFP). El comportamiento electroquimico de los prototipos estuvo en excelente concordancia con las respuestas de ambos electrodos por separado, medidos en medias celdas con litio metalico como electrodo auxiliar. Se observo que el potencial de celda obtenido en los prototipos es igual a la diferencia de los potenciales de meseta de las celdas LTO/Li y LFP/Li, con un valor de 1,9 V, correspondiente a la insercion/de-insercion de ion litio topotactica en los dos materiales activos de intercalacion. Ambos prototipos mostraron una perdida de tan solo el 12% de su capacidad especifica a lo largo de 300 ciclos de carga/descarga en forma continua, con una muy alta eficiencia de energia observada a traves de la constancia en el potencial de carga/descarga y la alta eficiencia coulombica. In the present article it is reported experimental results corresponding to the electrochemical performance of two lithium titanate active materials (LTO), synthesized by ceramic method and previously characterized, to be used as a negative electrode in prototypes of lithium ion batteries (BILs). These materials were galvanostatically cycled to long times using metallic lithium as an auxiliary electrode, showing an excellent reversibility in the charging and discharging processes along 300 cycles. From the variation of the specific capacity values as a function of the number of cycles, it was possible to estimate that these materials have the capacity to support the galvanostatic cycling during 450-500 cycles before decreasing to 80% of the initial capacity. Two prototypes of BILs were assembled, using the LTO materials as negative electrode and a commercial lithium iron phosphate (LFP) compound as positive electrode. The electrochemical behavior of the prototypes was in excellent agreement with the responses of both electrodes separately, measured in half cells with metallic lithium as auxiliary electrode. It was observed that the cell potential obtained in the prototypes is equal to the difference of the plateau potentials of the LTO/Li and LFP/Li cells, with a value of 1.9 V, corresponding to the topotactic insertion/deinsertion of lithium ion in the two active intercalation materials. Both BIL prototypes showed a loss in specific capacity of only 12% over 300 charge/discharge cycles, with a very high energy efficiency observed through the constancy in the charge/discharge potential and the high coulombic efficiency.
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