El óxido basado en manganeso rico en litio (LRMO) es uno de los materiales catódicos de próxima generación para las baterías de iones de litio (LIB), que se espera que superen la alta densidad energética de 550 Wh kg-1.
Sin embargo, la reacción redox del oxígeno aniónico (O2-) es lenta y poco estable, lo que provoca que la capacidad de velocidad y el rendimiento cíclico de las LIBs sean deficientes, especialmente en las baterías de estado sólido.
Recientemente, un equipo de investigación dirigido por el profesor Cui Guanglei, del Instituto de Bioenergía y Tecnología de Bioprocesos de Qingdao (QIBEBT), de la Academia China de Ciencias (CAS), ha aportado nuevos conocimientos para revelar la dinámica de transporte heterogéneo del Li+ y regular la estabilidad del oxígeno aniónico de los materiales catódicos LRMO.
Los materiales LRMO tienen mejores perspectivas de aplicación en las baterías de estado sólido que los materiales catódicos comerciales debido a su alta capacidad específica y su bajo coste. “Es una premisa importante resolver los problemas científicos clave de los LRMO aclarando el micromecanismo de degradación y desarrollando una tecnología innovadora de preparación de materiales”, dijo el profesor Cui de QIBEBT.
El equipo observó por primera vez el comportamiento heterogéneo de transporte de Li+ de LRMO en baterías de estado sólido de sulfuro utilizando la técnica de microscopía electrónica de transmisión de barrido de imágenes de contraste de fase diferencial in situ (STEM-DPC).
Descubrieron que la separación bifásica a escala nanométrica (fase NCM111 y fase Li2MnO3) en LRMO era el factor decisivo para la heterogeneidad del transporte de Li+ en la fase masiva y en la interfaz del cátodo y el electrolito sólido, lo que limita en gran medida la contribución a la capacidad del Li2MnO3 rico en litio.
Su estudio se ha publicado en Angewandte Chemie International Edition.
Investigamos la “relación estructura-actividad” entre la microestructura, la cinética de transporte de Li+ y el rendimiento electroquímico de LRMO, y aclaramos el micromecanismo de atenuación del rendimiento del cátodo de LRMO en las baterías de estado sólido”, dijo Ma Jun, profesor asociado de QIBEBT. Este estudio pone de manifiesto la importancia de optimizar con precisión la estructura cristalina y mejorar la cinética de transporte de Li+ en la interfaz cátodo/electrolito”.
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En otro estudio publicado en Advanced Energy Materials, los investigadores propusieron una nueva tecnología de preparación de materiales de sinterización no isotérmica (SNS), que estabilizó el oxígeno de la red en la fase masiva de LRMO y redujo la generación de agujeros de O2p no estables.
En comparación con la tecnología tradicional de sinterización a temperatura constante (CTS), se ha mejorado el rendimiento electroquímico del cátodo preparado mediante la tecnología SNS, como la capacidad de descarga específica y la estabilidad del ciclo.
Además, también se ha verificado la viabilidad de la tecnología SNS en el sistema de material catódico rico en manganeso sin cobalto (Li1,2Mn0,6Ni0,2O2).
“Este estudio servirá de guía para estabilizar la estructura aniónica del oxígeno y elevar las propiedades electroquímicas integrales de los materiales LRMO”, afirmó Zhang Yuhan, primer autor del estudio.
“Los trabajos mencionados establecen una base sólida para explotar las baterías de estado sólido basadas en LRMO con alta densidad energética y alta seguridad”, dijo el profesor Cui.
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Noticia tomada de: Phys / Traducción libre del inglés por World Energy Trade
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