Electrochemical Studies on Inert Filler Incorporated Poly (Vinylidene Fluoride – Hexafluoropropylene) (PVDF – HFP) Composite Electrolytes

Estudios electroquímicos sobre electrolitos compuestos de poli (fluoruro de vinilideno - hexafluoropropileno) (PVDF - HFP) con relleno inerte incorporado

Se han investigado la conductividad iónica, la estabilidad térmica y el número de transferencia de litio en electrolitos poliméricos compuestos (CPE) de poli(fluoruro de vinilideno - hexafluoropropileno) (PVDF-HFP) que incorporan nanorrellenos de AlO[OH]_n o γ-Al₂O₃, con LiClO₄ como sal. También se ha estudiado la compatibilidad del electrolito polimérico compuesto con el ánodo metálico de litio. También se ha analizado el efecto del tamaño de las partículas en la compatibilidad de las células simétricas Li/ CPE/ Li.

INTRODUCCIÓN

Se han dedicado grandes esfuerzos de investigación al desarrollo de baterías de litio con electrolitos poliméricos, ya que se espera que ofrezcan baterías de alta densidad energética, flexibles y seguras para aplicaciones domésticas y de defensa [1-2]. Aunque los electrolitos poliméricos basados en óxido de polietileno fueron inventados por P.V. Wright en 1973, su importancia tecnológica no se conoció hasta principios de los años ochenta. No obstante, los electrolitos basados en PEO son uno de los primeros y más ampliamente estudiados, y ofrecen una conductividad del orden de 10⁻⁸ a 10⁻⁴ S cm⁻¹ a temperaturas entre 40 y 100 °C, lo que excluye su aplicación práctica [3]. 

La conductividad iónica [4], el número de transferencia [5,6], DSC y RMN [7], térmico [8], polarización [9] y ciclismo [10,11] del PEO y del copolímero de P(EOMMA) [12]. El poliacrilonitrilo (PAN) ofrece una conductividad iónica (10⁻³ S cm⁻¹) a temperatura ambiente, buena estabilidad electroquímica (< 4,5 V) y un número de transferencia apreciable (0,6). Sin embargo, estos electrolitos sufren una pasivación severa al entrar en contacto con el ánodo de metal de litio [13-14]. Ijiima et al. [15] y Scrosati et al. [16] han estudiado la posibilidad de utilizar el PMMA como polímero huésped. La conductividad iónica del PMMA es muy similar a la del electrolito líquido. También se han realizado estudios sobre electrolitos [17,18]. 

Recientemente, Stephan et al. [19,20] han intentado mejorar la resistencia mecánica de los electrolitos de PMMA mezclándolos con PVC. Recientemente, el PVdF ha atraído la atención de muchos investigadores debido a sus atractivas propiedades. Presenta una elevada estabilidad anódica gracias a su grupo funcional y tiene una constante dieléctrica elevada (ε = 8,4), lo que contribuye a una mayor ionización de las sales de litio [21]. Desafortunadamente, los electrolitos poliméricos basados en PVdF sufren debido a la sinéresis, un fenómeno por el cual el componente líquido se separa de la matriz anfitriona con el tiempo o bajo presión, lo que provoca fugas en la batería y problemas de seguridad. Además, sus propiedades mecánicas son insuficientes.