La resistencia de LTO cambia al aumentar y disminuir la presión, los recuadros muestran las estructuras correspondientes en diferentes regiones de presión. Indica que LTO sufre transiciones amorfas por distorsión cristalina a alta presión. La resistencia aumenta a presiones más bajas durante la distorsión de la red, luego comienza a disminuir bruscamente a medida que la amorfización tiene lugar a una presión más alta. El LTO amorfo se puede descomprimir a presión ambiente y tiene una conductividad mucho mejor en comparación con el LTO cristalino. Crédito:© Science China Press
Óxido de litio y titanio (Li 4 Ti 5 O 12 , LTO), un material de ánodo de "deformación cero" para baterías de iones de litio (LIB), exhibe un excelente rendimiento de ciclismo. Sin embargo, muestra mala conductividad, que es el mayor inconveniente y limita sus aplicaciones. En un artículo reciente publicado en Revista Nacional de Ciencias , se informa que la compresión estática puede mejorar en gran medida la conductividad de LTO por amorfización inducida por presión y promover defectos de migración de iones para Li +. Los resultados sugieren que el LTO amorfo es un mejor material de ánodo para los LIB.
Las baterías recargables de iones de litio son piezas cruciales para la electrónica del hogar y dispositivos portátiles como teléfonos celulares y computadoras portátiles. Uno puede imaginarse cómo sería la vida que tenemos hoy sin teléfonos móviles e Internet. Las baterías de iones de litio (LIB) también están ganando popularidad para los vehículos eléctricos, lo que puede ayudar a reducir en gran medida la emisión de CO 2 y disminuir el grave efecto invernadero en la tierra. Todas estas demandas exigen materiales de batería de iones de litio superiores con un mejor rendimiento, como una mayor capacidad, mayor tiempo de vida, costo más bajo, etc.
Óxido de litio y titanio (Li 4 Ti 5 O 12 , LTO) espinela experimenta un cambio de volumen insignificante durante la inserción y extracción de litio y se considera un material de ánodo de "deformación cero" para los LIB. Debido a su gran estabilidad estructural, LTO exhibe un excelente rendimiento de ciclismo, lo que lo convierte en un ánodo prometedor para LIB en vehículos eléctricos y áreas de almacenamiento de energía a gran escala. Sin embargo, LTO muestra conductividades iónicas y electrónicas deficientes, limitando sus aplicaciones. Por lo tanto, mejorar su conductividad se vuelve crucial.
En un artículo de investigación reciente publicado en Beijing, Revista Nacional de Ciencias , científicos del Centro de Investigación Avanzada en Ciencia y Tecnología de Alta Presión, Instituto de Geoquímica, e Instituto de Física de la Academia de Ciencias de China, y la Universidad George Mason, Institución Carnegie de Washington, y el Laboratorio Nacional Argonne de EE. UU. presentan sus resultados sobre los estudios de estabilidad de fase y conductividad de LTO a alta presión. Se encontró que la estructura de espinela LTO comienza a distorsionarse debido a la diferencia significativa en la compresibilidad de los bloques de construcción, LiO 6 y TiO 6 octaedros en LTO a bajas presiones. La fuerte estructura altamente distorsionada se transforma en amorfa eventualmente como presión sobre alrededor de 270 mil veces la presión atmosférica normal. Notablemente, el LTO amorfo se puede descomprimir a presión ambiente y muestra una conductividad mucho mejor que el LTO cristalino. "Estos hallazgos pueden ofrecer una nueva estrategia para mejorar la conductividad del ánodo LTO en baterías de iones de litio utilizando una técnica de alta presión". dijo el Dr. Lin Wang, el autor correspondiente del artículo.
Para comprender la mejora significativa de la conductividad en la fase amorfa, Las propiedades de transporte iónico de LTO cristalino y amorfo se investigaron mediante simulaciones de dinámica molecular de primeros principios. Los cálculos teóricos revelaron que la fase amorfa inducida por alta presión puede promover en gran medida la difusión de Li + y aumentar su conductividad iónica al proporcionar defectos de migración de iones. "Todos estos hallazgos aumentan la comprensión de la relación entre la estructura y las propiedades conductoras de LTO", agregó el Dr. Wang.
