Construir una mejor batería de iones de litio implica abordar una gran cantidad de factores simultáneamente, desde mantener el cátodo de la batería conductor eléctrico e iónico hasta asegurarse de que la batería permanezca segura después de muchos ciclos.

En un nuevo descubrimiento Los científicos del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) han desarrollado un nuevo revestimiento de cátodo mediante el uso de una técnica de deposición de vapor químico oxidativo que puede ayudar a resolver estos y varios otros problemas potenciales con las baterías de iones de litio, todo de una vez.

"La capa que hemos descubierto realmente golpea a cinco o seis pájaros de un tiro". Khalil Amine, Argonne distinguido compañero y científico de baterías.

En la investigación, Amine y sus colegas investigadores tomaron partículas del cátodo pionero de níquel-manganeso-cobalto (NMC) de Argonne y las encapsularon con un polímero que contiene azufre llamado PEDOT. Este polímero proporciona al cátodo una capa de protección contra el electrolito de la batería a medida que la batería se carga y descarga.

A diferencia de los recubrimientos convencionales, que solo protegen la superficie exterior de las partículas de cátodo de tamaño micrométrico y dejan el interior vulnerable al agrietamiento, el recubrimiento PEDOT tenía la capacidad de penetrar en el interior de la partícula del cátodo, agregando una capa adicional de blindaje.

Además, aunque PEDOT evita la interacción química entre la batería y el electrolito, sí permite el transporte necesario de iones de litio y electrones que la batería requiere para funcionar.

"Este recubrimiento es esencialmente amigable con todos los procesos y la química que hace que la batería funcione y no es amigable con todas las reacciones potenciales que causarían que la batería se degrade o no funcione correctamente". "dijo el químico de Argonne Guiliang Xu, el primer autor de la investigación.

El recubrimiento también evita en gran medida otra reacción que provoque la desactivación del cátodo de la batería. En esta reacción, el material del cátodo se convierte en otra forma llamada espinela. "La combinación de casi ninguna formación de espinelas con sus otras propiedades hace que este recubrimiento sea un material muy interesante, "Dijo Amine.

El material PEDOT también demostró la capacidad de prevenir la liberación de oxígeno, un factor importante para la degradación de materiales de cátodos NMC a alto voltaje. "También se descubrió que este recubrimiento PEDOT puede suprimir la liberación de oxígeno durante la carga, lo que conduce a una mejor estabilidad estructural y también mejora la seguridad, "Dijo Amine.

Amine indicó que los científicos de baterías probablemente podrían escalar el recubrimiento para su uso en baterías que contienen NMC ricas en níquel. "Este polímero ha existido por un tiempo, pero todavía nos sorprendió ver que tiene todos los efectos alentadores que tiene, " él dijo.

Con el revestimiento aplicado, los investigadores creen que las baterías que contienen NMC podrían funcionar a voltajes más altos, aumentando así su producción de energía, o tener una vida útil más larga, o ambos.

Para realizar la investigación, los científicos se basaron en dos instalaciones para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE ubicadas en Argonne:la Fuente de Fotones Avanzada (APS) y el Centro de Materiales a Nanoescala (CNM). Se tomaron mediciones in situ de difracción de rayos X de alta energía en la línea de luz 11-ID-C del APS, y la litografía focalizada por haz de iones y la microscopía electrónica de transmisión se realizaron en el CNM.

Un artículo basado en el estudio, "Construcción de capas protectoras ultraconformadas en partículas primarias y secundarias de cátodos de óxido de metal de transición de litio en capas, "apareció en la edición en línea del 13 de mayo de Energía de la naturaleza .