ESTUDIO DE LAS PROPIEDADES FISICOQUÍMICAS DE SOLVENTE EN MATERIAL POROSO DEL CÁTODO DE LAS BATERÍAS METAL-AIRE

Resumen

Introducción: En la actualidad, dado el aumento de la demanda del consumo de las energías renovables y la necesidad de la mejora de la tecnología de los vehículos eléctricos, es necesario incrementar la eficiencia energética de los sistemas de almacenamiento y conversión de energía electroquímica [1]. Entre estos sistemas se encuentran las baterías metal-aire (Li-aire, Na-aire, etc.), que por su alto nivel de densidad energética son una alternativa considerable para suplir dicha necesidad; sin embargo, se requiere realizar un análisis detallado del comportamiento de las partes de dichas baterías (ánodo, solvente - electrolito y cátodo), a fin de optimizar su diseño y mejorar su eficiencia en comparación a la densidad de energía teórica [2].

Resultados: En este trabajo se determinaron las propiedades fisicoquímicas del solvente confinado en el cátodo de la batería metal-aire. En particular se han realizado simulaciones de dinámica molecular de sistemas compuestos por solventes de la familia de las glimas en bulk y confinados en poros tipo slit con tamaños menores a 5 nm (ver Fig. 1A). Se han analizado parámetros estructurales y dinámicos, tales como la densidad, el coeficiente de autodifusión (D), la viscosidad y la función de distribución radial (RDF). Se analizaron estas propiedades en función del tamaño del poro y en relación al bulk. El efecto del confinamiento sobre la monoglima es considerable, para el poro de mayor tamaño se obtiene una disminución del 12% en el coeficiente de difusión y en 19% para el caso de la densidad, respecto al sistema bulk. Todos los cálculos se han realizado con el paquete de programas LAMMPS, en el ensamble NPT.

Conclusiones: El tamaño del poro afecta las propiedades fisicoquímicas de estos solventes, siendo mayor el efecto para poros menores y para solventes de mayor tamaño molecular. Consecuentemente, dada la porosidad presente en los carbones usados para los cátodos de las baterías de metal-aire, resulta imprescindible caracterizar su comportamiento fisicoquímico en confinamiento.