Inspenet, 29 de julio 2023.
Científicos de varias universidades, incluyendo Birmingham, Cambridge, Warwick y la Institución Faraday en Didcot, desarrollaron una nueva investigación y han alcanzado un importante progreso en la comprensión y superación de los desafíos relacionados con los materiales de cátodo ricos en níquel utilizados en las baterías de iones de litio.
Estos materiales tienen un gran potencial para alcanzar altos voltajes y capacidades en las baterías. Sin embargo, su aplicación práctica se ha enfrentado a desafíos debido a problemas de inestabilidad estructural y pérdida de oxígeno.
El estudio ha revelado que la formación de “huecos de oxígeno”, donde un ión de oxígeno pierde un electrón, desempeña un papel crucial en la degradación de los cátodos LiNiO2, lo que acelera la liberación de oxígeno y puede llevar a una mayor degradación del material del cátodo.
Esta nueva investigación revela el comportamiento del oxigeno
En su investigación, el equipo empleó diversas técnicas computacionales avanzadas en supercomputadoras regionales del Reino Unido. Observaron el comportamiento de los cátodos LiNiO2 durante el proceso de carga y descubrieron que el oxígeno en el material experimenta cambios, mientras que la carga del níquel permanece prácticamente inalterada.
“Descubrimos que la carga de los iones de níquel se mantiene alrededor de +2, sin importar si está en su forma cargada o descargada. Mientras tanto, la carga del oxígeno varía de -1.5 a alrededor de -1. Esto es inusual, el modelo convencional asume que el oxígeno permanece en -2 durante la carga. Sin embargo, estos cambios demuestran que el oxígeno no es muy estable y hemos descubierto una vía para que se escape del cátodo rico en níquel.” Andrew J. Morris, coautor del estudio, Universidad de Birmingham.
Los resultados de la investigación coinciden con los datos experimentales recopilados. Los científicos han propuesto un mecanismo que explica cómo ocurre la pérdida de oxígeno durante este proceso, que involucra la combinación de radicales de oxígeno para formar un ión de peróxido que se convierte en gas de oxígeno, generando así huecos en el material. Este proceso libera energía y produce oxígeno singlete, una forma altamente reactiva de oxígeno.
“Podemos mejorar la estabilidad y la longevidad de este tipo de baterías de iones de litio, allanando el camino para sistemas de almacenamiento de energía más eficientes y confiables.” Dra. Annalena Genreith-Schriever, Universidad de Cambridge.
Las baterías de iones de litio son comúnmente empleadas en diversas aplicaciones debido a su alta densidad de energía y capacidad de recarga, pero los problemas relacionados con la estabilidad de los materiales del cátodo han restringido su rendimiento general y durabilidad. Esta investigación proporciona una nueva perspectiva para abordar estos desafíos y mejorar la eficiencia de dichas baterías.
Cargando...
