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Aplicación 

Análisis de los productos de la descomposición de hexafluorofosfato de litio en la solución electrolítica de pilas recargables mediante Cromatografía Iónica

El hexafluorofosfato de litio, utilizado como solución electrolítica en pilas recargables de iones de litio, es hidrolizado por las pequeñas cantidades de agua contenidas en la misma solución electrolítica. Dado que los iones de fluoruro formados como resultado de la descomposición hidrolítica pueden afectar la performance de la pila, es necesario un análisis de los productos de la descomposición como parte del proceso de control de calidad

El hexafluorofosfato de litio, utilizado como solución electrolítica en pilas recargables de iones de litio, es hidrolizado por las pequeñas cantidades de agua contenidas en la misma solución electrolítica. Dado que los iones de fluoruro formados como resultado de la descomposición hidrolítica pueden afectar la performance de la pila, es necesario un análisis de los productos de la descomposición como parte del proceso de control de calidad.

A continuación se presenta un análisis de los productos de la descomposición de hexafluorofosfato de litio utilizado como solución electrolítica en pilas recargables de iones de litio, donde se construyó un sistema de alternado de columnas utilizando un cromatógrafo Shimadzu Prominence HIC-SP.


Fig. 2 – Cromatograma de una solución estándar

Análisis de una solución estándar

Como analitos se seleccionaron dos productos de la descomposición del hexafluorofosfato de litio: el ion de fluoruro (F-) y el ión de monofluorofosfato (PO3F).

En la Fig. 1 se muestra un diagrama de flujo del sistema de alternado de columna construido para el análisis. Dado que el ion de hexafluorofosfato queda contenido en la solución electrolítica con mayor fuerza que los productos de la descomposición, un único análisis de todos los componentes toma un tiempo relativamente largo. En el sistema de columna dual, la muestra se introduce primero en la columna 1 (de 10 mm) para una separación cualitativa, y sólo el pico formado por los productos de la descomposición pasa a la columna 2 (columna analítica) para una separación más completa. En ese momento la bomba 2 eluye el ion hexafluorofosfato y lava la columna en preparación para la siguiente muestra.

En la Fig. 2 se muestran los resultados del análisis de 10,87 g/L (dilución de 20 : 1 de 1,5 mol/L LiPF6) del ion de hexafluorofosfato fortificado con 10 mg/L del ion de fluoruro y 100 mg/L del ión de monofluorofosfato. Las condiciones analíticas se muestran en la Tabla 1.

Tabla 1 – Condiciones analíticas




























Columna(1) Shim-pack IC-SA2 (G) (10 mm × 4,6 mm D.I.)

(2) Shim-pack IC-SA2 (250 mm × 4,0 mm D.I.)
Fase móvil12 mmol/L de NaHCO3, 0,6 mmol/L de Na2CO3 en agua
Caudal1,0 mL/min (Bomba 1, Bomba 2)
Volumen de inyección10 µL
Temperatura de la columna30°C
DetecciónCDD-10A SP (Supresor)

Fig. 1 – Diagrama de flujo

Linealidad

En la Fig. 3 se muestran las curvas de calibración generadas utilizando soluciones estándar de 0,1 a 10 mg/L de F-, y de 1 a 100 mg/L de PO3F. En ambos casos se obtuvo una excelente linealidad, con valores R2 mayores que 0,999.












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Fig. 3 – Linealidad

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Repetibilidad

En la Tabla 2 se muestra la desviación relativa estándar (% RSD) (n = 6) obtenida para los tiempos de retención y las áreas de pico en los análisis de las soluciones estándar (1 mg/L de F-, 10 mg/L de PO3F). En ambos casos se obtuvo una excelente repetibilidad del tiempo de retención y de las áreas de pico.

Tabla 2 – Repetibilidad del tiempo de retención y de las áreas de pico
































































F-PO3F
Tiempo de retenciónÁrea de picoTiempo de retenciónÁrea de pico
3,93757312,1914987
3,93732912,1714471
3,93748212,1814764
3,92743412,1714700
3,92748012,1414630
3,92752312,1314809
% RSD0,051,120,201,18

Análisis de una solución electrolítica para pilas recargables de iones de litio

En las Fig. 4 y 5 se muestran los resultados del análisis de la solución electrolítica de una pila recargable de iones de litio disponible en el mercado. La Fig. 4 es el cromatograma obtenido utilizando una nueva muestra, y la Fig. 5 es el obtenido tras exponer la misma muestra al aire del ambiente durante 24 horas. Se analizó cada muestra diluida 20:1 en agua pura y filtrada con una membrana.

Fig. 4 – Cromatograma de la solución electrolítica de una pila recargable de iones de litio (muestra nueva)

Fig. 5 – Cromatograma de la solución electrolítica (misma muestra, 24 hs después)

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