Un equipo de científicos del Instituto Skolkovo de Ciencia y Tecnología de Moscú, han encontrado la forma de ajustar las microestructuras de los electrodos de las baterías para mejorar su densidad de energía. Su trabajo señala el camino hacia la consecución de vehículos eléctricos con una mayor autonomía por cada carga de su batería. La continuidad de su trabajo podría aumentar el rendimiento de las baterías de litio existentes actualmente.
El trabajo de esta investigación se centra en el cátodo. En muchas baterías de iones de litio, este electrodo está hecho de óxidos de metales de transición en capas, conocidos como NCM, ricos en níquel, al que acompañan el cobalto y el manganeso. La geometría de la arquitectura de estos cátodos está ordenada en forma de octaedro.
Esto significa que cuando dos de estas partículas se juntan, inevitablemente hay espacios vacíos en los límites, ya que ninguno encajará a la perfección. Los científicos pudieron alterar la configuración de dos NMC comunes ajustando el procedimiento de síntesis, integrando cuidadosamente sal inerte para promover la formación de partículas esféricas en lugar de partículas con forma de octaedro.
"Nuestro material es un NMC monocristalino con partículas esféricas, que combina lo mejor de ambos mundos en lo que respecta a maximizar la densidad", explica la coautora del estudio, Aleksandra Savina que ha sido publicado en la revista Energy Advances. A diferencia de los policristales, las partículas de polvo no tienen una estructura interna, por lo que no hay espacios desperdiciados en los límites de grano. Pero además de eso, también puede empaquetar cristales individuales de forma más esférica en el mismo volumen limitado los de forma de octaedro, obteniendo una mayor densidad".
Según el equipo, este nuevo material para el cátodo ofrece un aumento en la densidad de energía de hasta un 25 %. Los científicos aseguran que se puede empaquetar aún más energía en el mismo volumen a través de una mayor experimentación con el tamaño de las partículas, tal vez mezclando partículas más pequeñas y más grandes para aumentar aún más la densidad del cátodo. Otra característica útil del diseño es que las partículas esféricas minimizan el contacto de la superficie con el electrolito de la batería, lo que ralentiza la degradación del cátodo.
"Los materiales del cátodo son un cuello de botella importante en lo que respecta a las baterías de los vehículos eléctricos", indica el profesor Artem Abakumov, director de la investigación. "Los cátodos de las baterías que alimentan los coches eléctricos tienden a utilizar óxidos de metales de transición en capas, incluidos los ricos en níquel. Mejoramos dos materiales de este tipo de uso común, logrando un aumento del 10 % al 25 % en la densidad de energía. Esto se traduce en cátodos más pequeños, baterías más compactas y, por tanto, mayor capacidad de almacenamiento de energía para el mismo volumen. Como beneficio adicional, el material se deteriora más lentamente".
