Los investigadores desarrollan estrategias para mitigar la degradación de los cátermos y mejorar el rendimiento de las baterías de iones de litio

Las baterías de iones de litio (LIB), que sirven como fuentes de energía de alto rendimiento para aplicaciones renovables como vehículos eléctricos y electrónica de consumo, requieren electrodos que proporcionen una alta densidad energética sin comprometer la vida útil de la batería. Según medios extranjeros, investigadores de instituciones como la Universidad Northwestern están explorando las causas raíz de la degradación en materiales de cátodo de baterías LIB de alta densidad energética y desarrollando estrategias para mitigar mecanismos de degradación y mejorar el rendimiento de las baterías LIB.

Esta investigación podría ser valiosa para muchas aplicaciones emergentes, especialmente para vehículos eléctricos y aplicaciones de almacenamiento de energía a escala de red para fuentes renovables como la eólica y la solar.

El investigador Mark Hersam afirmó: "La mayoría de los mecanismos de degradación en las baterías LIB ocurren en las superficies de los electrodos en contacto con el electrolito. Estamos intentando entender las reacciones químicas que ocurren en estas superficies y luego desarrollar estrategias para minimizar el grado de degradación."

Enfoque clave: Purificación de superficies catológicas de la NCA

Los investigadores utilizaron características químicas superficiales para identificar y reducir las impurezas de hidróxido y carbonato que quedan durante la síntesis de nanopartículas NCA (níquel, cobalto, aluminio). Descubrieron que, al preparar la superficie del cátodo LIB, primero es necesario recocirla adecuadamente, calentando las nanopartículas del cátodo para eliminar impurezas superficiales y luego fijándolas en la estructura deseada mediante un recubrimiento de grafeno atómicamente delgado.

Ventajas de rendimiento de los cátodos recubiertos de grafeno

En las baterías LIB, los cátodos fabricados con nanopartículas NCA recubiertas con grafeno exhiben un excelente rendimiento electroquímico, incluyendo baja impedancia, alta capacidad de tasa, alta energía volumétrica y densidad de potencia, y larga vida útil en ciclos. El recubrimiento de grafeno también actúa como barrera entre la superficie del electrodo y el electrolito, aumentando aún más la vida útil de la batería.

Los investigadores inicialmente creían que usar solo el recubrimiento de grafeno sería suficiente para mejorar el rendimiento. Sin embargo, los resultados muestran que es crucial pre-recocido el material del cátodo para optimizar su química superficial antes de aplicar el recubrimiento de grafeno.

Actualmente, este trabajo se centra principalmente en cátodos LIB ricos en níquel. Este método también puede extenderse a otros tipos de electrodos de almacenamiento de energía, como baterías de iones de sodio o de iones de magnesio que contienen nanoestructuras de alta superficie específica, allanando el camino para el desarrollo de dispositivos de almacenamiento de energía basados en nanopartículas de alto rendimiento.