Científicos del Laboratorio Nacional de Argonne han desarrollado un nuevo diseño de cátodo de doble gradiente que promete mejorar significativamente el rendimiento de las baterías de iones de litio y reducir sus costes. Esto podría acelerar la introducción de vehículos eléctricos y el almacenamiento de energía en red.
Esta innovación se basa en un avance anterior realizado en el Laboratorio Nacional de Argonne en 2012, cuando los investigadores desarrollaron un cátodo de gradiente de composición que aumentaba la densidad energética y la longevidad.
«El equipo ha ajustado la composición de níquel, manganeso y cobalto en las partículas del cátodo para optimizar las características beneficiosas de estos metales», — dice el comunicado de prensa.
La nueva estructura de doble gradiente mejora la tecnología anterior al incorporar gradientes estructurales además de gradientes de composición. Esta configuración única ofrece varias ventajas. La superficie desordenada aumenta la estabilidad y evita el agrietamiento, un problema habitual en las baterías de alto voltaje. Al mismo tiempo, el núcleo ordenado garantiza una transferencia eficaz de los iones de litio, lo que es crucial para una carga y descarga rápidas.
Para confirmar la eficacia de este nuevo cátodo, el equipo de investigación llevó a cabo una exhaustiva serie de pruebas. Las pruebas confirmaron el excelente rendimiento del cátodo de doble gradiente. Las partículas demostraron una estabilidad estructural y química excepcional bajo alto voltaje.
«Tras cargar y descargar el material 500 veces, sólo perdió alrededor del 2% de su capacidad», — afirma el comunicado de prensa.
Además, el nuevo diseño reduce considerablemente la cantidad de cobalto necesaria, que es un material escaso y caro. Al concentrar la mayor parte del cobalto en la superficie de las partículas, los investigadores consiguieron reducir drásticamente el contenido total de cobalto del cátodo.
La concentración de cobalto en el interior de la partícula era inferior al 2% — frente al 10-20% del diseño original, subrayaron los investigadores. En el futuro, planean reducir aún más el nivel de cobalto hasta el 1%.
«Esto nos ayuda a fabricar baterías mucho más respetuosas con el medio ambiente,» afirman los investigadores.
Además de todo esto, el nuevo diseño del cátodo también ofrece una estabilidad térmica mejorada. Esto es crucial para garantizar la seguridad durante el funcionamiento a alta tensión.
El Laboratorio Nacional Argonne ha patentado este innovador diseño y proceso de fabricación. Ahora es el momento de que la industria de las baterías obtenga la licencia de esta tecnología.
Fuente: interestingengineering