Los científicos obtuvieron una vista definitiva de un cátodo LMNO. Los mapas de espectroscopía de dispersión de energía de rayos X se muestran aquí, que indican la distribución de manganeso y níquel.
(Phys.org) —Para evitar la decoloración en un cátodo de litio en capas que promete un uso de transporte pesado, científicos del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico, Compañía FEI, y el Laboratorio Nacional Argonne obtuvieron una vista definitiva de un cátodo prístino hecho de litio, níquel, manganeso, y oxigeno. El cátodo se conoce como Li 1.2 Ni 0,2 Minnesota 0,6 O 2 o LMNO. La controversia ha rodeado este material. Algunos afirman que es una solución sólida; otros, un compuesto. Para abordar este debate, El equipo utilizó un conjunto de instrumentos y determinó que el material es un compuesto con fases estrechamente integradas donde la superficie contiene concentraciones más altas de níquel y bajas concentraciones de oxígeno y manganeso rico en electrones.
"Si queremos mejorar el ciclo de vida y la capacidad del cátodo en capas, debemos tener este tipo de claridad en torno a la estructura atómica y el posible orden de los cationes, "dijo el Dr. Nigel Browning, el director científico de la iniciativa de imágenes químicas de PNNL y un experto en microscopía que trabajó en el estudio.
Reemplazar los autos que funcionan con gasolina por otros eléctricos podría reducir la dependencia de Estados Unidos de las importaciones de petróleo hasta en un 60%. y reducir las emisiones nocivas hasta en un 45%, dependiendo del mix tecnológico utilizado. La clave es duradera, Baterías de alta densidad energética. Los cátodos LMNO innovadores poseen alto voltaje y alta capacidad específica. Todavía, el material está lejos de ser ideal. Los problemas de desvanecimiento de capacidad y voltaje están relacionados con la estructura del cátodo durante la carga y descarga. La investigación de caracterización del equipo proporciona la base necesaria para los descubrimientos necesarios.
"La creciente demanda de energía de la información y el transporte depende de las baterías de iones de litio para el almacenamiento de energía, debido a su densidad de energía relativamente alta y flexibilidad de diseño. Lo necesitamos mejor y lo necesitamos ahora que contribuye a la principal fuerza impulsora para la creación de nuevos materiales para el almacenamiento de energía, "dijo el Dr. Chongmin Wang, experto en imágenes químicas de la PNNL e investigador principal de este estudio.
Usando una combinación de microscopía electrónica de transmisión de barrido con corrección de aberraciones, Espectroscopia de dispersión de energía de rayos X, espectroscopia de pérdida de energía de electrones, y simulación de imagen de múltiples cortes complementaria, el equipo sondeó a Li 1.2 Ni 0,2 Minnesota 0,6 O 2 nanopartículas. En la superficie de la partícula, hicieron varios descubrimientos. Una superficie con una característica estructural única es propensa a contener una mayor concentración de átomos de níquel que el núcleo de la partícula, mientras que los átomos de manganeso son más frecuentes en el núcleo que en la superficie. Las vacantes de oxígeno en la superficie de la partícula dan como resultado que los átomos de manganeso tengan un estado de valencia o una configuración electrónica de +2,2 en la superficie, mientras que el manganeso en el centro de la partícula es +4.0.
"Este hallazgo indica una gran variación en la estequiometría local, "dijo el Dr. Jun Liu, un experto en materiales que trabajó en este estudio y que también es Director de la División de Materiales y Procesos Energéticos de PNNL.
Finalmente, cada partícula contiene las dos fases originales del material. El parámetro de celosía y la similitud de la estructura cristalina del LiMO en capas 2 fase y la capa de Li 2 mes 3 fase permiten la integración estructural.
"Esta caracterización detallada nos permitió obtener una imagen más completa del material, ", dijo Wang." Aclaración de la estructura del material:separación de fases a nanoescala, el ordenamiento de cationes y la formación de vacantes de oxígeno:indudablemente arrojarán una nueva luz sobre cómo se comporta el material durante el funcionamiento de la batería y nos inspirará a mejorar su funcionalidad a través de una síntesis controlada ".
El equipo ahora está trabajando para comprender cómo evoluciona el material durante los ciclos de carga / descarga.
