Estabilizar las baterías de iones de litio: el toque del vanadio
Una modificación sencilla y eficaz mejora la sostenibilidad y el rendimiento de las baterías de iones de litio de alta energía
Con el aumento de la demanda de vehículos eléctricos y sistemas de almacenamiento de energía, las baterías de iones de litio deben ofrecer mayores densidades energéticas a menor coste. Aunque los materiales catódicos convencionales, como LiFePO4 y Li-Ni-Co-Mn-O, están muy extendidos, a menudo no consiguen equilibrar el rendimiento con la asequibilidad. Los óxidos de manganeso ricos en litio (LRMOs) han surgido como una alternativa potencial debido a su alta capacidad y composición libre de cobalto. Sin embargo, su baja eficiencia coulómbica inicial y su rápida caída de tensión han limitado su aplicación. Para resolver estos problemas es necesario profundizar en la investigación para estabilizar las LRMO y generalizar su uso comercial.
El esquema muestra el tratamiento con NH4VO3 formando enlaces V-O en una superficie de cátodo rica en litio, creando una estructura en capas de espinela dopada con V. Esta innovación mejora significativamente la estabilidad del voltaje y aumenta la capacidad de la batería, como demuestra el gráfico de rendimiento constante durante 200 ciclos.
Energy Materials and Devices, Tsinghua University Press
En septiembre de 2024, un equipo de la Universidad Tecnológica de Guangdong, dirigido por Dong Luo y Chenyu Liu, publicó un estudio en Energy Materials and Devices. que supone un avance significativo en la tecnología de las baterías de iones de litio. Su investigación demuestra cómo el tratamiento de materiales catódicos ricos en litio con NH4VO3 da lugar a una estructura en capas de espinela dopada con vanadio que mejora tanto la eficiencia coulómbica inicial como la estabilidad del voltaje. Esta modificación, sencilla pero eficaz, representa un paso importante hacia la mejora de la sostenibilidad y el rendimiento de las baterías de iones de litio de alta energía.
El estudio aborda dos antiguos problemas de los cátodos LRMO: la baja eficiencia coulómbica inicial (ICE) y la rápida caída de tensión. El equipo de investigación empleó un tratamiento hidrotérmico con NH4VO3, que introdujo vanadio en la superficie del cátodo, formando una estructura en capas de espinela dopada con V. Esta innovadora estructura mejoró la difusión de iones de litio y redujo las reacciones de la interfaz superficial, estabilizando así el proceso redox del oxígeno. En concreto, el ICE pasó del 74,4% al 91,6%, superando el umbral necesario para su comercialización. Además del significativo aumento de la eficiencia, el cátodo también demostró una impresionante estabilidad de la tensión, con una caída mínima de sólo 0,47 mV por ciclo a lo largo de 200 ciclos. Esta mejora está relacionada con la supresión de la liberación irreversible de oxígeno y la formación de fuertes enlaces V-O, que refuerzan la estabilidad estructural del material. Al abordar estos retos críticos, el estudio pone de relieve un enfoque prometedor para mejorar el rendimiento y la vida útil de los cátodos LRMO, haciéndolos más adecuados para aplicaciones de alta energía.
Al comentar la investigación, el profesor Dong Luo, científico principal, declaró: "Nuestros hallazgos ofrecen un método práctico y muy eficaz para abordar los retos persistentes de la baja eficiencia coulómbica y el decaimiento del voltaje en cátodos ricos en litio. Al incorporar vanadio, hemos mejorado significativamente la estabilidad redox y el rendimiento del voltaje, allanando el camino para que la próxima generación de baterías de iones de litio satisfaga las crecientes necesidades energéticas de sectores como los vehículos eléctricos y el almacenamiento de energías renovables."
El cátodo rico en litio dopado con V tiene un gran potencial para aplicaciones en vehículos eléctricos, sistemas de energías renovables y electrónica de consumo, donde la eficiencia y la longevidad de las baterías son primordiales. La mejora de la eficiencia y la estabilidad no sólo promete reducir los costes al eliminar el cobalto, sino también mejorar el rendimiento general de las baterías. A medida que esta tecnología se amplíe, podría dar lugar a soluciones energéticas más asequibles y sostenibles, acelerando el cambio mundial hacia fuentes de energía más limpias y eficientes.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
Publicación original
Más noticias del departamento ciencias
Reciba la química en su bandeja de entrada
No se pierda nada a partir de ahora: Nuestro boletín electrónico de química, análisis, laboratorio y tecnología de procesos le pone al día todos los martes y jueves. Las últimas noticias del sector, los productos más destacados y las innovaciones, de forma compacta y fácil de entender en su bandeja de entrada. Investigado por nosotros para que usted no tenga que hacerlo.
