Un grupo de investigación, utilizando elementos económicos, ha demostrado la viabilidad de sintetizar materiales de electrodos para baterías de iones de litio (LIB). Si se explora más a fondo, este método podría reducir la dependencia industrial de metales raros como el cobalto y el níquel.

Los detalles de sus resultados se publicaron en ACS Applied Energy Materials el 11 de abril de 2022.

Los metales raros se usan mucho porque forman una estructura cristalina adecuada para el componente clave de las LIB:los materiales del cátodo. En estos materiales, el litio se extrae/inserta de forma fácil y reversible.

Los científicos han buscado durante mucho tiempo formas de incorporar otros elementos económicos en la estructura cristalina. Sin embargo, al igual que solo una cierta cantidad de sal se disuelve en agua, la solubilidad de otros elementos es limitada.

El grupo de investigación, dirigido por el profesor Tetsu Ichitsubo del Instituto de Investigación de Materiales (IMR) de la Universidad de Tohoku, empleó una estrategia diferente. Aprovechando la ganancia de energía de la "entropía configuracional", el estado de aleatoriedad de un material, ampliaron la solubilidad de los elementos constituyentes, sintetizando nuevos materiales de electrodos de composición:LiCr_1/4 Min_1/4 Co_1/4 Ni_1/4 O₂ y LiCr_1/5 Min_1/5 Fe_1/5 Co_1/5 Ni_1/5 O₂ . Esto redujo significativamente el uso de cobalto y níquel.

"Nuestro enfoque desbloquea el potencial de otros elementos no utilizados y nos permitirá optimizar las propiedades de múltiples electrodos simultáneamente gracias a los diseños de materiales flexibles", dice Ichitsubo.

Los materiales sintetizados por el nuevo método también pueden mejorar la seguridad de las LIB. Tomoya Kawaguchi, profesor asistente en IMR y autor correspondiente del artículo afirma:"El aumento de la entropía configuracional también aumenta teóricamente la estabilización del material del electrodo, lo que contribuye a la seguridad de toda la batería".

Ichitsubo y su grupo también aclararon los mecanismos de degradación que afectan al ciclo de la batería con estos nuevos materiales. Esto servirá como guía para desarrollar nuevos materiales de alto rendimiento utilizando la estrategia de alta entropía.

Si bien la ciclabilidad y la capacidad no coincidían con las LIB convencionales en la actualidad, la capacidad de sintetizar nuevos materiales de electrodos abre nuevas vías para la investigación de las LIB. + Explora más

Modificación y degradación de baterías de iones de litio basadas en cátodos ricos en Ni