[ad_1]
Un cambio aparentemente simple en la forma en que se fabrican las baterías de iones de litio podría aportar grandes beneficios a la capacidad de un vehículo eléctrico (EV) para almacenar más energía por carga y soportar más ciclos de carga, según un nuevo estudio del Pacífico del Departamento de Energía de EE. UU. Laboratorio Nacional del Noroeste, mejorar (PNNL). El avance potencial es la nueva tecnología de batería de cristal único rica en níquel de los laboratorios, que está en camino de ser rápidamente adoptada.
El kilometraje de un vehículo eléctrico depende de la energía disponible de cada celda individual de su batería. En el caso de las celdas de iones de litio, que dominan el mercado de baterías de vehículos eléctricos, tanto la capacidad energética a nivel de la celda como el costo de la misma están limitados por el electrodo positivo o cátodo.
Ahora ese cuello de botella puede estar abriéndose, gracias a un enfoque innovador y de bajo costo para sintetizar cátodos monocristalinos, de alta energía y ricos en níquel, publicado recientemente en Energy Storage Materials.
La visión de una batería rica en níquel
Los cátodos de las baterías de vehículos eléctricos convencionales utilizan un cóctel de óxidos metálicos: óxidos de litio, níquel, manganeso y cobalto (LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2), abreviado NMC. Cuando se incorpora más níquel a un cátodo, la capacidad de la batería para almacenar energía y, por tanto, la autonomía del vehículo eléctrico aumenta significativamente.
Sin embargo, los cátodos NMC con alto contenido de níquel fabricados con el método estándar se aglomeran en estructuras policristalinas que son rugosas y grumosas. A concentraciones más altas de Ni, las grietas policristalinas abultadas tienden a romperse, lo que provoca fallas en el material y, por lo tanto, hace que los cátodos ricos en níquel sean susceptibles a agrietarse. Además, comienzan a producir gases y a desintegrarse más rápidamente que los cátodos con menos níquel.
Los diseñadores de baterías saben desde hace algún tiempo que estos problemas podrían resolverse convirtiendo el NMC policristalino grumoso en una forma monocristalina suave eliminando los límites problemáticos entre los cristales, pero ha demostrado ser una tarea difícil. Hasta hace poco, la mayoría de los investigadores intentaron formar estructuras catódicas monocristalinas mezclando un precursor de hidróxido metálico con sal de litio, mezclándolo directamente y utilizando un proceso de calentamiento de varios pasos, que solo tuvo un éxito parcial.
La solución de PNNL
Dirigido por expertos en baterías de PNNL y en colaboración con Albemarle Corp. El equipo de investigación resolvió estos problemas introduciendo un paso de precalentamiento que cambia la estructura y las propiedades químicas del hidróxido de metal de transición. Cuando el hidróxido de metal de transición precalentado reacciona con la sal de litio para formar el cátodo, se forma una estructura NMC monocristalina uniforme que parece suave incluso bajo aumento.
El primer prototipo de batería equipado con monocristales escalados se mantuvo estable incluso después de 1.000 ciclos de carga y descarga. Cuando los investigadores examinaron la estructura microscópica de los cristales después de 1.000 ciclos, no encontraron defectos y encontraron una estructura electrónica perfectamente alineada.
Rápida adopción de la tecnología de baterías para vehículos eléctricos
En la fase de investigación, cuyo inicio está previsto para principios de 2024, PNNL trabajará con socios industriales y universitarios para realizar síntesis y pruebas a escala comercial con miras a la producción.
Para lograr esto tan rápidamente, utilizarán equipos y técnicas de fabricación tradicionales que se han adaptado industrialmente para adaptarse al enfoque de ampliación de escala de PNNL (así como algunas otras innovaciones que reducen aún más los costos y la generación de desechos).
Leer más artículos en Esta semana en PowerBites Serie Biblioteca.
[ad_2]