1) Hablando estrictamente, un electrodo es solo un contacto entre un circuito (es decir, el resto de un sistema eléctrico) y un aislante o no conductor. En el contexto de las baterías, las personas generalmente piensan en los electrodos como sólidos (aunque en el caso de las baterías de flujo redox, se podría contar el anolito y el catolito como electrodos líquidos) donde tiene lugar “la química”. En las baterías de iones de litio, el ion de trabajo se adsorbe en el material (el llamado modelo de “silla mecedora”), pero en otras baterías, el ion de trabajo permanece en solución y el electrodo simplemente proporciona una interfaz para el ion y un agujero o electrón para interactuar.
2) Las reacciones electroquímicas son Faradaic (transferencia de carga de un átomo / molécula a otro) o no Faradaic (acumulación capacitiva de carga). En el contexto del almacenamiento de energía, el almacenamiento de baterías cambia Faradaicamente.
3) Una reacción electroquímica es como cualquier otra reacción química, debe haber una fuerza impulsora, de una discrepancia en la energía entre el reactivo y el producto y la probabilidad de que los reactantes se reorganicen para formar los productos (determinado por el estado, las concentraciones de los reactivos , la temperatura del sistema y las energías de los estados de transición / entorno catalítico de los reactivos). Estas son las consideraciones termodinámicas y cinéticas, respectivamente. En electroquímica, la fuerza impulsora proviene del potencial químico entre dos electrodos en un electrolito (medio que responde al campo eléctrico). Esto puede ser de un voltaje aplicado (es decir, carga de una batería o control potenciométrico de una celda por razones básicas de investigación) o puede ser espontáneo (la diferencia en el potencial químico entre un ánodo litiado / electrodo negativo y un cátodo delicado / electrodo positivo) .
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4/6) No estoy 100% seguro de lo que quieres decir con esta pregunta, así que voy a reformularlo como “¿Qué se requiere, termodinámicamente, para que ocurra una reacción electroquímica?” Esta es esencialmente la primera parte de la pregunta # 3. En el contexto de una celda de iones de litio, uno de los electrodos se reduce y el otro se oxida, y el litio está allí esencialmente para equilibrar la carga. Por ejemplo, el grafito es un material anódico bien conocido y ampliamente utilizado. Para almacenar el cambio, se debe reducir el material. El carbono en el grafito tiene un orbital abierto (esto es lo que lo convierte en un semi-metal), pero no hay especies fácilmente disponibles para reaccionar con él para hacer el carbono sp3 en lugar de sp2. La intercalación de litio es termodinámicamente favorable a un potencial particular (creo que es alrededor de 0.3 V Li / Li +). Aplica un voltaje entre un electrodo de grafito y otro electrodo, hace que este estado litiado sea accesible, el material reacciona y fabrica el producto.
5/7) Nuevamente, volveré a escribir esto como “¿qué se requiere, cinéticamente, para que ocurra una reacción electroquímica?” La ingeniería y la práctica son cuestiones diferentes: puede hacer algo cinéticamente muy rápido, pero podría ser una mala ingeniería y muy poco práctico (debido al costo, los requisitos de diseño, etc.) Las consideraciones cinéticas en una batería de iones de litio son muchas, muchas veces. Los grandes problemas son: (1) concentración (esta es una de las razones por las que las baterías usan electrolitos de mayor concentración que pueden sin causar una mayor impedancia debido a la disminución de la movilidad iónica; (2) estados de transición (aquí hay un buen papel sobre las propiedades de la superficie de los materiales: K.-S. Park, P. Xiao, S.-Y. Kim, A. Dylla, Y.-M. Choi, G. Henkelman, KJ Stevenson y JB Goodenough, Cinética de transferencia de carga mejorada por modificación de la superficie aniónica de LiFePO4, Chem. Mater. 24 , 3212-3218 (2012).), Esto también puede implicar energías de desolvatación. La temperatura no juega un papel tan importante en las baterías, debido a la limitada estabilidad térmica de muchos de los materiales (electrolitos, electrodos, separadores, etc.)
