Crédito:Zhu et al.
Óxido de metal de transición rico en litio (Li 1 + X METRO 1-X O 2 ) los cátodos tienen potencial para su uso en baterías de iones de litio, alimentar dispositivos electrónicos y vehículos eléctricos. Estos cátodos tienen una alta densidad energética, típicamente por encima de 900 Wh kg -1 , sin embargo, actualmente también vienen con limitaciones importantes.
El problema más crucial observado en la mayoría de los cátodos ricos en Li es que liberan oxígeno a los electrolitos, y por lo tanto, su voltaje decae mientras se utilizan. Esta importante limitación ha impedido su uso generalizado durante años.
Investigadores del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) han ideado recientemente una estrategia que podría ayudar a superar este problema. inmunización de partículas de cátodos de óxido ricos en Li contra la liberación de oxígeno. Esta nueva estrategia, esbozado en un artículo publicado en Energía de la naturaleza , implica un tratamiento con sales fundidas que elimina la liberación de oxígeno de los monocristales ricos en Li a los electrolitos al hacer que la región superficial sea pobre en Li, al mismo tiempo que permite contribuciones redox de oxígeno estables dentro de las partículas.
"Nuestro principal objetivo era utilizar la capacidad del oxígeno para las reacciones redox sin producir iones de oxígeno reducidos (es decir, "peroxo" y "superoxo" -like) globalmente móvil, lo que significa que pueden escapar de la superficie de las partículas del cátodo y reaccionar con el electrolito dentro de una batería, "Ju Li, uno de los investigadores que realizó el estudio, dijo a TechXplore.
Los iones de oxígeno reducido dentro de los cátodos ricos en Li se parecen un poco a los complejos metal-peroxo y metal-superoxo; compuestos a través de los cuales la sangre transporta oxígeno en animales. El peroxo (O - ) y superoxo (O 0,5- ) especies, mientras aporta capacidad, tienen una movilidad mucho mayor que el estándar O 2- . En Li 1 + X METRO 1-X O 2 cátodos. Estos iones de oxígeno pueden moverse libremente y finalmente escapar de las partículas del cátodo. reaccionando y contaminando el electrolito líquido.
Para evitar que esto suceda, Li y sus colegas implementaron un tratamiento que involucra la extracción de óxido de litio (LiO) utilizando sal de molibdato fundida a altas temperaturas. Descubrieron que este tratamiento permite que la superficie adquiera la composición Li 1-X ' METRO 1 + X ' O 2 sin interrumpir la continuidad de la celosía o crear defectos en exceso (epitaxial), eliminando así el peroxo (O - ) y superoxo (O 0.5- ) especies cercanas a la superficie, evitando que los monocristales ricos en Li liberen oxígeno a los electrolitos.
"Realizamos un tratamiento de inmunización, por lo que las regiones de una superficie de aproximadamente ~ 10 nm de grosor están agotadas de oxígeno, y, por lo tanto, sería más estable en el ciclo de la batería, "Dijo Li." El tratamiento de inmunización se realizó a una temperatura alta de 700 ° C, de modo que a medida que extraemos oxígeno y litio, la red se repara a sí misma mediante recocido térmico y pasa sin problemas de rica en Li a pobre en Li, sin defectos adicionales y sin perder la perfecta coherencia reticular de la partícula monocristalina ".
La estrategia de inmunización ideada por Li y sus colegas no afecta los estados de valencia del metal y la estructura de los cristales ricos en Li dentro del cátodo. manteniendo así un anión-redox de oxígeno estable (O 2- ↔O - ) contribución de capacidad mientras una batería está funcionando. En las pruebas que evalúan su estrategia, los investigadores encontraron que resultó en un cátodo de gradiente híbrido aniónico y catiónico redox (HACR) con una densidad específica de 843 Wh kg -1 después de 200 ciclos a 0.2C y 808 Wh kg -1 después de 100 ciclos a 1C, con una liberación mínima de oxígeno y, por tanto, un menor consumo de electrolito en la batería.
"Nuestro estudio demuestra que es posible realizar un ciclo de una batería de celda completa con muy poca cantidad de electrolito (nivel industrial de 2 g (electrolito) / Ah), indicando que hemos detenido la pérdida de oxígeno mientras utilizamos la capacidad redox del oxígeno, "Dijo Li." Este concepto de batería de 'oxígeno sólido' tiene el potencial de duplicar la densidad de energía de los cátodos ".
Al reducir la liberación de oxígeno que se observa típicamente en cátodos ricos en Li, la estrategia ideada por Li y sus colegas podría eventualmente facilitar la comercialización y el uso generalizado de baterías de litio alimentadas por estos cátodos. Curiosamente, el tratamiento de inmunización descrito en su estudio también podría aplicarse a otros elementos, ayudando a suprimir o prevenir reacciones superficiales inesperadas en las baterías. En sus próximos estudios, Los investigadores planean ampliar la síntesis en la batería basada en cátodos ricos en Li y mejorar aún más la densidad comprimida de los cátodos HACR.
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