Figura que describe las características estructurales y morfológicas de los dos oxifluoruros sintetizados por los investigadores. Crédito:Ji et al.
En años recientes, Las baterías de litio se han vuelto ampliamente utilizadas para alimentar una amplia gama de dispositivos electrónicos, incluyendo tabletas, teléfonos inteligentes y computadoras portátiles. Estas baterías tienen diferentes compartimentos, llamadas células, cada uno de los cuales contiene un electrodo positivo y un electrodo negativo separados por una sustancia química conocida como electrolito.
Los electrodos positivos se componen generalmente de compuestos de litio, como LiCoO 2 o LiFePO 4 , mientras que los electrodos negativos suelen estar hechos de carbono. El electrolito que los separa, por otra parte, puede estar compuesto por una variedad de sustancias químicas.
A la luz del rápido crecimiento en el uso de baterías de iones de litio, Los investigadores de todo el mundo han estado tratando de identificar materiales que podrían aumentar su eficiencia y rendimiento. Idealmente, estos materiales deben contener elementos que sean abundantes en el planeta y tengan una alta densidad energética.
Investigadores de la Universidad de California Berkeley y el laboratorio nacional Lawrence Berkeley han introducido recientemente una nueva estrategia para diseñar materiales de electrodos para baterías de litio con una potencia y densidad de energía notablemente altas. Esta estrategia, esbozado en un artículo publicado en Energía de la naturaleza , implica el uso de dos oxifluoruros a granel con un orden parcial similar a la espinela, a saber, Li 1,68 Minnesota 1,6 O 3,7 F 0,3 y Li 1,68 Minnesota 1,6 O 3.4 F 0,6 . Los investigadores sintetizaron estos dos oxifluoruros utilizando una técnica conocida como aleación mecanoquímica.
"Demostramos que la combinación de un orden catiónico parcial similar a la espinela y un exceso sustancial de litio permite un almacenamiento de energía denso y rápido, "escribieron los investigadores en su artículo." La sobreestequiometría de cationes y el orden parcial resultante se utilizan para eliminar las transiciones de fase típicas de las espinelas ordenadas y permitir una mayor capacidad práctica, mientras que el exceso de litio se usa sinérgicamente con la sustitución del flúor para crear una alta movilidad del litio ".
El enfoque para diseñar materiales catódicos introducido por los investigadores hasta ahora ha demostrado ser muy prometedor. En una serie de experimentos preliminares, los cátodos resultantes alcanzaron energías notables de más de 1, 100 Wh kg -1 , tasas de descarga de hasta 20 A g -1 y una capacidad superior a 360 mA h g -1 , , que se encuentra entre los más altos reportados hasta ahora. Es más, gran parte de esta capacidad se mantuvo a lo largo del tiempo, incluso cuando las baterías se recargaron varias veces.
Curiosamente, casi la mitad de la capacidad resultó de un proceso conocido como oxígeno redox (es decir, reducción de oxidación). Si bien este fenómeno se ha investigado ampliamente en óxidos de Ni-Mn-Co en capas ricos en Li o en sales de roca desordenadas, Rara vez se ha observado en cátodos de tipo espinela como los sintetizados por los investigadores.
En sus experimentos, los investigadores también pudieron optimizar la sobretoicometría de cationes y el exceso de Li, dos cualidades químicas que pueden ayudar a ajustar la estructura de los materiales de los electrodos. Esto les permitió lograr una serie de características deseables del cátodo, como una cinética de transporte de Li rápida y excelentes perfiles de voltaje.
En el futuro, la estrategia de diseño podría servir como guía para la realización de materiales catódicos para baterías de litio con alta potencia y densidades de energía. Es más, los dos oxifluoruros sintetizados en su estudio podrían usarse para crear nuevos, Baterías de alto rendimiento.
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