Los efectos del almacenamiento de aire ambiental en la superficie de NMC-811 Crédito:WMG, Universidad de Warwick
Es de conocimiento común en la fabricación de baterías que muchos materiales de cátodos son sensibles a la humedad. Sin embargo, a medida que aumenta la popularidad de los componentes de batería con alto contenido de níquel, investigadores de WMG, La Universidad de Warwick ha descubierto que cuanto más secas son las condiciones en las que se almacenan y procesan estos cátodos, entonces se obtiene una mejora significativa en el rendimiento de la batería.
Las baterías con alto contenido de Ni (níquel) son cada vez más populares en todo el mundo, con más empresas automotrices investigando el uso de baterías con alto contenido de Ni para vehículos eléctricos. Sin embargo, Los materiales de cátodo con alto contenido de Ni son propensos a la reactividad y la inestabilidad está expuesta a la humedad. por lo tanto, la forma en que se almacenan para ofrecer el mejor rendimiento es crucial.
En el papel, 'Los efectos de las condiciones ambientales de almacenamiento en las propiedades estructurales y electroquímicas de los cátodos NMC-811 para baterías de iones de litio, 'publicado en la revista Electrochimica Acta, investigadores de WMG, La Universidad de Warwick propone la mejor manera de almacenar cátodos con alto contenido de níquel para mitigar la degradación prematura.
Los investigadores expusieron NMC-811 (material de cátodo con alto contenido de Ni) a diferentes temperaturas y humedades, luego midió el rendimiento y la degradación del material en una batería durante un período de 28 días, analizarlos usando una combinación de físico, Ensayos químicos y electroquímicos. Esto incluyó microscopía de alta resolución para identificar los cambios morfológicos y químicos que ocurrieron en la escala de micrones y submicrones durante la carga y descarga de las baterías.
Las condiciones de almacenamiento incluyeron secado al horno al vacío, como expuesto (a la humedad) y una medida de control. Los investigadores buscaron impurezas superficiales, que incluyen carbonatos y H2O, y descubrió que había tres procesos que pueden ser responsables de las impurezas, incluso:
Leyenda:(a-b) Partícula NMC811 post-mortem, sin exposición previa al aire húmedo, analizados por FIB-SIMS, apuntando a la detección de litio. (c-d) Partícula NMC811 post-mortem, después de 28 días de exposición al aire húmedo, analizados por FIB-SIMS, apuntando a la detección de litio. Crédito:WMG, Universidad de Warwick
Descubrieron que en todas las condiciones, (secado al horno y expuesto) mostró una capacidad específica y un rendimiento de ciclo inferiores a la primera descarga, en comparación con el control. Sin embargo, la medida expuesta mostró que después de 28 días de exposición a la humedad ambiental, el H2O y el CO 2 reaccionar con los iones Li + en la celda de la batería, resultando en la formación de especies de hidróxido y carbonato de litio.
La formación de carbonatos y óxidos en la superficie de NMC-811 contribuye a la pérdida del rendimiento electroquímico durante el envejecimiento de los materiales. debido a la conductividad iónica y electrónica inferior, así como el aislamiento eléctrico de las partículas activas. Esto significa que ya no pueden almacenar iones de litio de forma reversible para transportar la "carga". El análisis SEM confirmó la porosidad intergranular y las microfisuras en estas partículas agregadas, después de los 28 días de exposición ambiental.
Ilustración esquemática de la descomposición de partículas durante la carga y descarga de una batería Crédito:WMG, Universidad de Warwick
Por lo tanto, pueden concluir que las condiciones más secas, en puntos de rocío de alrededor de -45oC, son los mejores para almacenar Y procesar los materiales, para luego producir el mejor rendimiento de la batería. Las condiciones de humedad y la exposición en las uniones a lo largo del proceso de fabricación harán que los materiales y componentes experimenten; esto resulta en una vida útil más corta de la batería.
El Dr. Mel Loveridge de WMG en la Universidad de Warwick dice:"Si bien es bien sabido que la humedad aquí es problemática, nos dispusimos a determinar las condiciones óptimas de almacenamiento que se requieren para mitigar los efectos no deseados, degradación prematura del rendimiento de la batería. Estas medidas son fundamentales para mejorar la capacidad de procesamiento, y, en última instancia, mantener los niveles de rendimiento. Esto también es relevante para otros sistemas ricos en Ni, p. Ej. Materiales NCA ".
El profesor Louis Piper de WMG en la Universidad de Warwick dice:"Un considerable esfuerzo de investigación global seguirá centrándose en estos materiales, incluyendo cómo proteger sus superficies para eliminar los riesgos de reacciones parasitarias antes de la incorporación a los electrodos. En el Reino Unido, La investigación líder de la Institución Faraday tiene un consorcio de proyectos completamente dedicado a desentrañar los mecanismos de degradación de tales materiales relevantes para la industria ".
