Científicos del Instituto Ningbo de la Academia China de Ciencias, junto con investigadores de la Universidad de Chicago, han desarrollado materiales con expansión térmica cero.
Esto ha permitido recuperar casi el 100% de la tensión en el envejecimiento Baterías de iones de litio. Las baterías con cátodos basados en óxidos estratificados con alto contenido en litio son capaces de proporcionar una capacidad superior a 300 mAh/g gracias a las reacciones químicas reductoras de oxidación del oxígeno. Sin embargo, estas reacciones químicas, que aumentan la densidad energética en un 30%, provocan con el tiempo la distorsión de la estructura cristalina La batería también está sujeta a caídas de tensión, lo que acelera su envejecimiento.
Los investigadores descubrieron expansión térmica negativa en los óxidos catódicos estratificados con alto contenido en litio, que se contraen cuando se calientan a temperaturas entre 150 y 250 °C. Esto no coincide con las expectativas termodinámicas convencionales. Sin embargo, los científicos lo atribuyen a transiciones térmicas de una estructura caótica a otra ordenada en el cátodo bajo la influencia de la temperatura. Los científicos han aprendido a gestionar este proceso.
«Mediante un ajuste fino, se puede controlar el coeficiente de dilatación térmica y pasar de positivo a cero o negativo», — explica el autor principal del estudio Qiu Bao.
Los desarrolladores fueron los primeros del mundo en crear una estructura catódica fiable con expansión térmica cero A un voltaje de 4,0 V, la red se reestructuró y el material volvió a su estado ordenado, y el voltaje se restableció casi en un 100%.
Según los científicos, los resultados del estudio abren la perspectiva de crear sistemas de carga «inteligentes» que puedan restaurar baterías justo en el proceso de uso, duplicando su vida útil. De este modo, se puede dar una segunda vida a las baterías viejas e incluso a los vehículos eléctricos.
Este logro abre nuevos horizontes en la ingeniería de materiales. La investigación también arroja luz sobre el diseño de funciones de autocuración dispositivos de alto rendimiento.
Los resultados del estudio se publican en la revista Nature
Fuente: Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering
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