Un equipo de investigación dirigido por la Universidad de la Ciudad de Hong Kong (CityU) logró un avance importante en la tecnología de baterías de iones de litio (LiB) que tiene profundas implicaciones para el futuro energético del planeta.
El mundo está dominado por tecnologías de última generación que encontramos en prácticamente todas las esferas de la vida. Es difícil imaginar el día a día sin teléfonos, computadoras portátiles u otros dispositivos electrónicos comunes. Sin embargo, su funcionamiento requiere el suministro de energía, por ejemplo, mediante baterías de iones de litio, cada vez más populares debido a sus diversas aplicaciones.
Estas baterías se utilizan ampliamente en dispositivos electrónicos. Mientras que los óxidos en capas de litio (Li) y ricos en manganeso (LMR) son una clase prometedora de cátodos para LiB debido a su alta capacidad y bajo costo. Sin embargo, el problema de larga data de la caída de voltaje dificulta su aplicación.
El desarrollo alcanzado por estos investigadores supera el persistente desafío de caída de voltaje que presentan esas baterías. E incluso puede llevarlas a una capacidad de almacenamiento de energía significativamente mayor, prolongando su vida útil.
El equipo de investigación está integrado Ren Yang, jefe y catedrático del Departamento de Física (PHY) de la citada universidad, Liu Qi también de ese departamento y varios laboratorios han abordado el problema desbloqueando el potencial de los materiales catódicos LMR.
En sus ensayos, estabilizaron la estructura única en forma de panal dentro del material del cátodo, lo que dio como resultado baterías más duraderas y eficientes. Es probable que sus conocimientos transformen la forma en que alimentamos nuestros dispositivos y lleven el desarrollo de materiales catódicos de alta energía a la siguiente etapa.
Lo nuevo en baterías de iones de litio
El enfoque innovador del equipo se centró en estabilizar la estructura alveolar a nivel atómico de las baterías de iones de litio. Al incorporar iones de metales de transición adicionales en el material del cátodo, el equipo reforzó la estructura de panal, lo que resultó en una caída de voltaje insignificante de solo 0,02 milivoltios (mV) por ciclo. La primera vez que se reporta material de cátodo LMR con un nivel tan bajo de caída de voltaje.
A través de mediciones y cálculos avanzados a escala atómica, el equipo descubrió que estos iones de metales de transición entre capas actúan como una «tapa» por encima o por debajo de la estructura de panal. Evitando la migración de cationes y manteniendo la estabilidad. La estructura permaneció intacta incluso con voltajes de corte altos y durante todo el ciclo, asegurando la integridad estructural de las baterías.
Liu señaló que «nuestro trabajo ha resuelto el problema de la caída de voltaje en el cátodo LMR. Con una capacidad casi dos veces mayor que la de los materiales catódicos ampliamente utilizados. Esto en última instancia allana el camino para soluciones de almacenamiento de energía más potentes y sostenibles».
Estos hallazgos tienen un gran potencial para diversas aplicaciones, desde la alimentación de vehículos eléctricos hasta la electrónica portátil. El siguiente paso implica ampliar el proceso de fabricación para la producción de baterías a gran escala.
Impacto económico
Los usuarios de iones de litio tienden a pensar que la batería se agota cuando el voltaje cae por debajo de los requisitos del dispositivo que alimenta la batería. Sin embargo, es posible que la capacidad esté ahí, pero no al voltaje útil. Muchas baterías de iones de litio de bajo voltaje en perfecto estado se desechan por caída de voltaje.
Por lo tanto, se espera que el aumento de capacidad se produzca así como una vida útil más larga. Pero queda una montaña de investigación por delante, señala el estudio publicado en Nature Energy.
¿Puede la tecnología escalar económicamente? Si llegan al mercado, probablemente sí. Pero no esperan mucha publicidad hasta que los fabricantes sepan que pueden obtener ganancias y beneficiar a los consumidores, advierten los investigadores.
Detrás de este trabajo y sus resultados hay un equipo mayor de investigadores que dieron su aporte. Están Luo Dong y Yin Zijia del Departamento de Física (PHY) de CityU. Zhu He de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Nanjing y Xia Yi de la Universidad Northwestern/Portland State University, EE UU. También científicos del Laboratorio Nacional Argonne, EE UU y de la Universidad Northwestern. Además de la Academia China de Ciencias, la Universidad de Tsinghua y la Universidad de Lanzhou.
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