Así almacenan los cátodos ricos en litio la carga a altos voltajes

La carrera para llegar a un mercado donde el coche eléctrico sea algo común y popular mientras que los coches de combustión interna (ICE) sean prácticamente la excepción, será necesarias baterías con cátodos capaces de alcanzar cifras de 500 Wh/Kg.

Un nuevo estudio mediante de rayos X dirigido por WMG, Universidad de Warwick, ha resuelto cómo los metales y el oxígeno facilitan el almacenamiento de carga a altos voltajes.

Gracias a los cátodos de exceso de litio ofrecen la capacidad de alcanzar 500Wh/Kg, pero para destapar toda su capacidad primero hay que entender cómo pueden almacenar la carga a alta tensión, según el estudio.

Las baterías de almacenamiento de alta energía de los coches eléctricos necesitan para su funcionamiento cátodos de baterías de alta capacidad. A medida que avanzan las tecnologías de las celdas de baterías, es de esperar que los nuevos cátodos ricos en mangsneso y exceso de litio reemplacen a los cátodos ricos en níquel existentes.

Pero comprender cómo el manganeso y el oxígeno permiten el almacenamiento de la carga a alta tensión es fundamental para que finalmente se produzca una tecnología que permita conseguir los objetivos de forma exitosa.

Gracias a una investigación dirigida por WMG, la Universidad de Warwick, en colaboración con investigadores estadounidenses, donde se han empleado una serie de estudios y técnicas mediante rayos X, se han determinado que los iones de oxígeno están facilitando el almacenamiento de carga, en lugar de los iones de manganeso.

Para aumentar la capacidad de las actuales baterías, se hace necesario utilizar más litio, lo que significa ir más allá de la capacidad del níquel para almacenar carga eléctrica.

Los cátodos ricos en manganeso con exceso de litio ofrecen suficiente densidad de energía, pero para alcanzar en última instancia el objetivo de almacenamiento de energía de 500Wh/Kg, se hace necesario entender cómo se almacena la carga en los materiales.

En búsqueda de una respuesta

En una simple pregunta: ¿La carga de electrones se almacenada en el manganeso o en el oxígeno?. Para esto los investigadores han realizado un estudio publicado bajo el título Whither Mn Oxidation in Mn-Rich Alkali-Excess Cathodes?

Los resultados suponen un hito significativo en la comprensión del almacenamiento de carga en cátodos ricos en manganeso con exceso de litio.

Gracias al empleo de rayos X se ha podido cuantificar con precisión el manganeso y oxígeno a altas tensiones. Con esta técnica han demostrado cómo los haces de rayos X podían conducir irreversiblemente manganeso altamente oxidado (Mn7+) a gas O2 atrapado irreversiblemente en otros materiales.

Al realizar los estudios de forma extremadamente cuidadosa, los estudios de rayos X eludieron el daño del haz observando únicamente trazas de Mn7+ que se forman al cargarse en cátodos de exceso de litio durante el ciclo de la batería.

Según explica el profesor Louis Piper, de WMG, Universidad de Warwick: «En última instancia, hemos resuelto que el oxígeno, en lugar del redox metálico es el responsable de una mayor capacidad, lo que significa que ahora podemos diseñar estrategias óptimas para mejorar el ciclo y el rendimiento de esta clase de materiales«.

Fuente | ACS Energy Letters