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Jun 01, 2023

Los investigadores crean un alto

El mundo está entrando rápidamente en una nueva era de mayor énfasis en las tecnologías verdes. Estas tecnologías requieren investigación y desarrollo (I+D) más prácticos y precisos para satisfacer las crecientes necesidades

El mundo está entrando rápidamente en una nueva era de mayor énfasis en las tecnologías verdes. Estas tecnologías requieren investigación y desarrollo (I+D) más prácticos y precisos para satisfacer las crecientes demandas de sistemas de almacenamiento de energía. Los avances recientes han dado lugar a baterías de iones de litio más eficientes; sin embargo, persisten importantes deficiencias. Uno de estos desafíos es la necesidad de una carga más rápida, lo que puede ayudar a acelerar la adopción de vehículos eléctricos.

Ahora, utilizando los recursos del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE), un equipo de investigación dirigido por la Universidad Estatal de Boise y la Universidad de California en San Diego ha creado un material de alto rendimiento para electrodos de baterías que podría facilitar una carga mucho más rápida para baterías de litio. Es prometedor para acelerar la carga y al mismo tiempo proporciona una excelente capacidad de almacenamiento.

A medida que las baterías de litio funcionan, los iones de litio se mueven desde el electrodo positivo (cátodo) al electrodo negativo (ánodo), comúnmente hecho de grafito. A velocidades de carga más rápidas, el litio metálico tiende a acumularse en la superficie del grafito. Conocido como revestimiento de litio, compromete el rendimiento de la batería y puede provocar un cortocircuito, un sobrecalentamiento o incluso un incendio.

Los investigadores intentaron eliminar este obstáculo en el camino hacia una carga más rápida con la ayuda de un compuesto llamado pentóxido de niobio, con una nueva estructura cristalina. El pentóxido de niobio es mucho menos susceptible al revestimiento, lo que potencialmente lo hace más seguro y duradero que el grafito. Sus átomos se pueden organizar fácilmente en muchas configuraciones estables que no requieren mucha energía para reconfigurarse. Esto presenta oportunidades para que los investigadores descubran nuevas estructuras que podrían mejorar el rendimiento de la batería.

Para su estudio, los investigadores construyeron una pila de botón con pentóxido de niobio como material de electrodo. Para empezar, el pentóxido de niobio tenía una disposición desordenada y desordenada de los átomos. Pero el equipo descubrió que cuando la célula se cargaba y descargaba varias veces, la estructura desordenada se transformaba en una estructura cristalina ordenada.

Descrita como una estructura cúbica de sal de roca, la estructura cristalina permitió un transporte más fácil y rápido de iones de litio al ánodo durante la carga. Su hallazgo apunta a la promesa del material de carga rápida, y otras mediciones sugieren que puede almacenar una gran cantidad de carga. Muestra una excelente estabilidad de ciclos con una capacidad de 225 mAh g-1 a 200 mA g-1 durante 400 ciclos y una eficiencia Coulombic del 99,93 %.

Es muy difícil fabricar pentóxido de niobio cristalino de alto rendimiento con métodos de síntesis tradicionales, como los que someten los materiales a calor y presión. El enfoque de síntesis no convencional utilizado con éxito en este estudio (cargar y descargar una celda de batería) podría aplicarse para fabricar otros materiales innovadores para baterías. Potencialmente, incluso podría respaldar la fabricación de nuevos materiales en otros campos, como semiconductores y catalizadores.

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