La Universidad Nacional de Ciencia y Tecnología de Seúl mejora el rendimiento de las baterías de iones de litio con tecnología de superficie.
- Mejora en cátodos LNMO: Mayor estabilidad y vida útil.
- Beneficios: Más eficiencia y rendimiento energético.
- Impacto: Vehículos eléctricos y almacenamiento sostenible.
- Resultados: Capacidad de descarga ~110 mAh/g, retención 97% tras 100 ciclos.
- Aplicación: Adaptable a otros cátodos comerciales (NMC, LFP).
En un importante avance para la tecnología de baterías de iones de litio, un equipo de investigación liderado por el profesor Dongwook Han, de la Universidad Nacional de Ciencia y Tecnología de Seúl (Corea del Sur), ha desarrollado una técnica innovadora que mejora los cátodos LNMO de alto voltaje. Mediante la ingeniería de una subcapa topotáctica con vacantes de litio y la aplicación de una capa protectora de K₂CO₃, lograron aumentar la estabilidad, la vida útil y el rendimiento de estas baterías.
Este descubrimiento tiene el potencial de transformar el sector de los vehículos eléctricos, proporcionando soluciones energéticas más eficientes y sostenibles.
Con la creciente demanda global de baterías sostenibles y asequibles, las baterías de iones de litio siguen en la vanguardia del almacenamiento energético. Sin embargo, alcanzar una alta densidad energética con estabilidad a largo plazo es crucial para extender la autonomía de los dispositivos eléctricos.
En este contexto, el material LiNi₀.₅Mn₁.₅O₄ (LNMO) se ha identificado como una opción prometedora para los cátodos de alto voltaje debido a su estabilidad térmica y bajo costo. No obstante, su aplicación está limitada por reacciones secundarias no deseadas, como la descomposición del electrolito, lo que reduce su rendimiento con el tiempo.
Un enfoque innovador para mejorar el rendimiento de los cátodos LNMO
En un estudio pionero, el profesor Dongwook Han y su equipo introdujeron un enfoque de doble ingeniería para mejorar el rendimiento de los cátodos LNMO. La investigación se publicó en la revista Chemical Engineering, volumen 499, el 1 de noviembre de 2024, tras ser difundida en línea el 10 de octubre de 2024.
Los investigadores diseñaron subcapas con vacantes de litio para mejorar la migración de los iones y una capa protectora enriquecida con K₂CO₃ para evitar la descomposición del electrolito.
«Para mejorar el rendimiento de los cátodos LNMO, introdujimos una superficie enriquecida con K₂CO₃ y una subcapa parcialmente deslitificada mediante un método químico asistido por KOH. El efecto sinérgico de estas capas proporciona un notable rendimiento electroquímico y una mayor estabilidad térmica«, explica el profesor Han.
Proceso de modificación de los cátodos
Los cátodos modificados se fabricaron en un proceso de dos etapas. Primero, se sintetizaron los cátodos de LNMO convencionales (R-LNMO) mediante un método de co-precipitación asistida por hidrotermia, seguido de reacciones en estado sólido. Luego, las partículas de estos cátodos fueron tratadas con una solución acuosa de KOH, lo que resultó en cátodos modificados con una capa de K₂CO₃ (LNMO_KOH).
Para evaluar las características fisicoquímicas y electroquímicas de los cátodos LNMO_KOH y R-LNMO, se realizaron pruebas avanzadas. Los resultados fueron impresionantes, mostrando una estabilidad térmica mejorada y una mayor capacidad de almacenamiento energético.
Los cátodos LNMO_KOH lograron una capacidad de descarga de ~110 mAh/g con una retención del 97% después de 100 ciclos, en comparación con los 89 mAh/g y el 91% de retención de los cátodos sin tratar. Además, este material mejorado mostró potencial para una carga más rápida, con menos impurezas y mayor porosidad en su estructura.
Implicaciones para el futuro de las energías renovables
Este avance no solo beneficia a los cátodos LNMO, sino que también puede aplicarse a otros materiales comerciales de cátodos, como Li[Ni₁₋ₓ-zCoₓMnₓ]O₂ (NMC) y LiFePO₄ (LFP).
Según el profesor Han, «nuestra tecnología puede mejorar el rendimiento y la seguridad de las baterías en vehículos eléctricos y sistemas de almacenamiento de energía de gran escala».
Dado el rápido crecimiento de la movilidad eléctrica y el almacenamiento renovable, esta tecnología podría contribuir a desarrollar baterías más seguras, eficientes y sostenibles, lo que ayudaría a reducir la dependencia de los combustibles fósiles y promover un futuro más limpio y ecológico.
Más información: www.sciencedirect.com
Roberto bolanos dice
coches electricos, la esrafa universal, apoyada por gobiernos y gente estupida que hacen billionarios a los grandes ladrones del mundo.