Científicos del Reino Unido desarrollaron un modelo para explicar uno de los desafíos para aprovechar una reacción redox de oxígeno en ciertos materiales de cátodos para baterías de iones de litio. Basándose en su mejor comprensión de la reacción, sugieren varias rutas posibles para futuras investigaciones para evitar las reacciones no deseadas y desarrollar materiales catódicos reversibles de alta densidad de energía.
Los materiales catódicos ricos en litio han sido un área de interés para los científicos que trabajan en almacenamiento de energía desde principios de la década de 2000. En estos materiales, se ha demostrado que una reacción redox de oxígeno almacena carga adicional en iones de óxido, así como en los iones de metales de transición, lo que potencialmente aumenta la capacidad de almacenamiento del material.
Sin embargo, cuando se integran en una batería, dichos materiales de cátodo experimentan cambios estructurales irreversibles con la primera carga, reduciendo inmediatamente su voltaje subsiguiente. Y los mecanismos detrás de estos cambios estructurales han desconcertado a los científicos y han impedido que los materiales sigan desarrollándose. Con esto en mente, la Institución Faraday del Reino Unido se propuso observar los cambios estructurales de estos cátodos en acción.
“En la búsqueda cada vez más difícil de realizar mejoras incrementales en la densidad de energía de las baterías de iones de litio, poder aprovechar el potencial de los cátodos redox de oxígeno y las mejoras más importantes que ofrecen en relación con los cátodos ricos en níquel en el uso comercial actual es potencialmente significativo”, dijo Peter Bruce, científico jefe de la Institución Faraday. “La comprensión más profunda de los mecanismos fundamentales del oxígeno-redox es un paso importante en la elaboración de estrategias para mitigar las limitaciones actuales de dichos materiales, acercando su potencial uso comercial a la realidad”.
Oxidación de oxígeno
Utilizando técnicas de imágenes de rayos X en las instalaciones de Diamond Light Source del Reino Unido, el grupo pudo confirmar los cambios en el oxígeno que impulsan la pérdida de voltaje después de la primera carga, y también desarrollar un modelo que explica todo el proceso.
“El modelado computacional ha demostrado que la evolución del oxígeno molecular explica tanto la respuesta electroquímica observada (la reducción del voltaje en la primera descarga) como los cambios estructurales observados, explicados por la acomodación del oxígeno molecular dentro de la mayor parte del material”, dijo el Prof Saiful Islam, Investigador Principal de la Universidad de Bath e CATMAT.
“Este único modelo unificado que une el oxígeno molecular y la pérdida de voltaje permite a los investigadores proponer estrategias prácticas para evitar la inestabilidad inducida por oxígeno redox, ofreciendo rutas potenciales hacia cátodos de iones de litio de alta densidad de energía más reversibles”, agrega.
El modelo se describe en el artículo The role of O2 in O-redox cathodes for Li-ion, publicado en Nature Energy. Los investigadores continúan sugiriendo seis estrategias diferentes para desarrollar materiales de cátodos de alta energía basados en esta comprensión de la reacción redox de oxígeno, todas las cuales están programadas para ser exploradas por la Institución Faraday en el trabajo de seguimiento.
Noticia tomada de: pv magazine / Traducción libre del inglés por World Energy Trade
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