Simulaciones de crecimiento de dendritas sobre ánodo de Litio metálico.

P. V. SARAVIA; G. PEÑARANDA; ANDREA C. CALDERÓN; E. P. M. LEIVA; PAZ S. ALEXIS

Congreso; NANO2022: XXI encuentro de superficies y materiales nanoestructurados.; 2022

El uso de Litio metálico (Li) como ánodo para baterías recargables es un objetivo primario en el campo de investigación del almacenamiento de energía [1]. El principal inconveniente que se encuentra en el uso de este electrodo es el crecimiento de dendritas metálicas sobre su superficie durante los ciclos de carga/descarga, lo que disminuye el rendimiento de la batería y provoca problemas de seguridad. Es por esto que es de gran importancia estudiar el mecanismo de formación de dendritas y el efecto de las variables involucradas para encontrar estrategias que eviten su crecimiento.Desarrollamos un modelo computacional de grano grueso basado en el de Mayers et al. [2] para simular el crecimiento de dendritas sobre un electrodo plano. La electrodeposición de iones Li+ se considera un evento aleatorio con probabilidad P que puede ocurrir sobre el electrodo implícito o sobre Li metálico ya depositado. Esta probabilidad P se puede relacionar con el sobrepotencial experimental de la celda. Encontramos que las distintas probabilidades de deposición influyen en la morfología resultante de las dendritas: a mayor P, mayor crecimiento dendrítico con estructuras más ramificadas (Figura 1). Además, estudiamos la influencia del reservorio de partículas (que mantiene el sistema a μVT constante y permite el ingreso de partículas al sistema al avanzar el tiempo de simulación) sobre la corriente y los perfiles de concentración de iones a lo largo del eje z de la simulación. Figura 1- configuraciones finales de sistemas simulados a distintos valores de P.Nuestro modelo permite estudiar la morfología de deposición de Li en diferentes condiciones de reacción. Observamos que además del valor de P, la posición del reservorio de iones elegido influye en la formación de dendritas. Relacionamos está posición con el ancho de la SEI y por lo tanto también la posición relativa al electrodo de la interfaz SEI-electrolito. Planteamos cómo extender el modelo desarrollado para estudiar la influencia de otros procesos (disolución, difusión superficial, etc.) y parámetros (viscosidad del medio, coeficientes de difusión, etc.) en la formación de dendritas. REFERENCIAS [1] Yang, H., Guo, C., Naveed, A., Lei, J., Yang, J., Nuli, Y., & Wang, J. Energy Storage Materials, 14 (2018), 199–221.[2] Mayers, M. Z., Kaminski, J. W., & Miller, T. F. J. Phys. Chem. C, 116 (2012), 26214–26221.