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Baterías de iones de litio utilizarán una estrategia que da ultra alta potencia
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Baterías de iones de litio utilizarán una estrategia que da ultra alta potencia

Gran densidad y mayor rendimiento es lo que ofrece la estrategia que se desarrolla para las baterías de iones de litio

por LaVerdad

Baterías de iones de litio utilizarán una estrategia que da ultra alta potencia

Baterías de iones de litio utilizarán una estrategia que da ultra alta potencia

En los últimos años, las baterías a base de litio se han utilizado ampliamente para alimentar una amplia gama de dispositivos electrónicos, incluidas tabletas, teléfonos inteligentes y computadoras portátiles, estas baterías tienen diferentes compartimentos, llamados celdas, cada uno de los cuales contiene un electrodo positivo y un electrodo negativo separados por una sustancia química conocida como electrolito.

Baterías de iones de litio comunes
Baterías de iones de litio comunes

Los electrodos positivos generalmente están hechos de compuestos de litio, como LiCoO 2 o LiFePO 4. Los electrodos negativos generalmente están hechos de carbono, mientras que el electrolito que los separa, puede estar hecho de una variedad de sustancias químicas.

Debido al rápido crecimiento en el uso de baterías de iones de litio, los investigadores de todo el mundo han estado tratando de identificar materiales que podrían aumentar su eficiencia y rendimiento; idealmente, estos materiales deberían contener elementos que sean abundantes en el planeta y tengan una alta densidad de energía.

Investigadores de la Universidad de California Berkeley y el laboratorio nacional Lawrence Berkeley han introducido recientemente una nueva estrategia para diseñar materiales de electrodos para baterías a base de litio con una potencia y densidad de energía notablemente altas, esta estrategia ha sido descrita en un artículo publicado en Nature Energy e implica el uso de dos oxifluoruros a granel con un orden parcial similar a la espinela, Li 1.68 Mn 1.6 O 3.7 F 0.3 y Li 1.68 Mn 1.6 O 3.4 F 0.6 . Los investigadores sintetizaron estos dos oxifluoruros utilizando una técnica conocida como aleación mecanoquímica.

Pequeños cambios grandes beneficios

Funcionamiento de batería de iones de litio
Funcionamiento de batería de iones de litio

"Mostramos que la combinación de un orden parcial de cationes tipo espinela y un exceso sustancial de litio permite un almacenamiento de energía denso y rápido ", escribieron los investigadores en su artículo: "La sobreestequiometría de cationes y el orden parcial resultante se utilizan para eliminar las transiciones de fase típicas de las espinelas ordenadas y permitir una mayor capacidad práctica, mientras que el exceso de litio se usa sinérgicamente con la sustitución de flúor para crear una alta movilidad de litio".

El enfoque para el diseño de materiales catódicos introducido por los investigadores hasta ahora ha demostrado ser muy prometedor, ya que en una serie de experimentos preliminares, los cátodos resultantes lograron notables energías de más de 1.100 Wh kg -1, tasas de descarga de hasta 20 A g -1 y una capacidad superior a 360 mA hg -1, el cual es uno de los más altos registrados hasta el momento; además, una gran parte de esta capacidad se mantuvo con el tiempo, incluso cuando las baterías se recargaron varias veces.

Curiosamente, casi la mitad de la capacidad resultó de un proceso conocido como oxígeno redox (es decir, reducción de la oxidación), si bien este fenómeno ha sido ampliamente investigado en óxidos de Ni-Mn-Co ricos en Li en capas o en sales de roca desordenadas, rara vez se ha observado en cátodos de tipo espinela como los sintetizados por los investigadores.

En sus experimentos, los investigadores también pudieron optimizar la sobretocometría de cationes y el exceso de Li, dos cualidades químicas que pueden ayudar a ajustar la estructura de los materiales de los electrodos . Esto les permitió lograr una serie de características deseables del cátodo, como una rápida cinética de transporte de Li y excelentes perfiles de voltaje.

Modificaciones hechas a la batería de iones de litio
Modificaciones hechas a la batería de iones de litio

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En el futuro, la estrategia de diseño podría servir como una guía para la realización de materiales catódicos para baterías de litio con alta potencia y densidades de energía. Además, los dos oxifluoruros sintetizados en su estudio podrían usarse para crear baterías nuevas y de alto rendimiento.

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