Investigadores del Instituto de Tecnología de Karlsruhe (KIT) e instituciones colaboradoras estudiaron los cambios estructurales durante la síntesis de materiales de cátodos para futuras baterías de iones de litio de alta energía y obtuvieron nuevos hallazgos importantes sobre los mecanismos de degradación. Estos hallazgos podrían contribuir al desarrollo de baterías de mucha mayor capacidad, lo que luego aumentaría la autonomía de los vehículos eléctricos. Los resultados se informan en Comunicaciones de la naturaleza .

Hasta aquí, El avance de la movilidad eléctrica se ha visto obstaculizado por la escasez de autonomía de los vehículos. entre otros. Las baterías de iones de litio con mayor capacidad de carga pueden ayudar. "Estamos en el proceso de desarrollar estos sistemas de alta energía, "dice el profesor Helmut Ehrenberg, Jefe del Instituto de Materiales Aplicados — Sistemas de Almacenamiento de Energía (IAM-ESS). "Basado en la comprensión fundamental de los procesos electroquímicos en las baterías y en el uso innovador de nuevos materiales, En nuestra opinión, la capacidad de almacenamiento de las baterías de iones de litio puede aumentar hasta en un 30% ". En KIT, esta investigación se lleva a cabo en el Centro de Almacenamiento de Energía Electroquímica de Ulm &Karlsruhe (CELEST), la mayor plataforma de investigación alemana para el almacenamiento de energía electroquímica. Ehrenberg es portavoz adjunto de CELEST.

La tecnología de iones de litio de alta energía se diferencia de la tecnología convencional por un material de cátodo específico. En lugar de óxidos en capas con proporciones variables de níquel, manganeso, y cobalto que se han utilizado hasta ahora, se aplican materiales ricos en manganeso con exceso de litio, que mejoran considerablemente la capacidad de almacenamiento de energía por volumen / masa de material de cátodo. Sin embargo, el uso de estos materiales se ha asociado con un problema hasta ahora.

Durante la inserción y extracción de iones de litio, es decir., funcionamiento básico de una batería, el material del cátodo de alta energía se degrada. Después de cierto tiempo, el óxido en capas se transforma en una estructura cristalina con propiedades electroquímicas muy desfavorables. Como consecuencia no deseada, el voltaje promedio de carga y descarga disminuye desde el comienzo del proceso, lo que ha impedido el desarrollo de baterías de iones de litio de alta energía adecuadas hasta ahora.

Nuevos hallazgos sobre la degradación

El mecanismo exacto de degradación estaba lejos de entenderse completamente. Un equipo de investigadores de KIT e instituciones cooperantes ha descrito ahora el mecanismo básico en Comunicaciones de la naturaleza :"Basado en estudios detallados del material del cátodo de alta energía, encontramos que la degradación no ocurre directamente, pero indirectamente a través de la formación de una estructura de sal de roca que contiene litio hasta ahora apenas notada, "dice Weibo Hua (IAM-ESS), uno de los principales autores del estudio. "Además, el oxígeno juega un papel importante en las reacciones ". Aparte de estos resultados, El estudio también revela que los nuevos hallazgos sobre el comportamiento de una tecnología de batería no necesariamente tienen que resultar directamente del proceso de degradación. Weibo y los otros científicos involucrados hicieron su descubrimiento en estudios llevados a cabo mientras sintetizaban el material del cátodo.

Estos hallazgos de KIT marcan un hito importante en el camino hacia las baterías de iones de litio de alta energía para automóviles eléctricos. Permiten probar nuevos enfoques para minimizar la degradación en óxidos en capas y comenzar el desarrollo adecuado de este nuevo tipo de batería.