Una investigación realizada en la Universidad de Cambridge y la Universidad ShanghaiTech descubrió que el movimiento irregular de los iones de litio en los materiales de las baterías de próxima generación podría estar reduciendo su capacidad y obstaculizando su rendimiento.
Para llegar a esta conclusión, un equipo científico rastreó el movimiento en tiempo real de los iones de litio dentro de capas de óxidos de litio ricos en níquel, que son materiales de electrodos positivos ampliamente utilizados en las baterías de los vehículos eléctricos premium.
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En un artículo publicado en la revista Joule, los investigadores explican que se suponía que el mecanismo por el cual los iones de litio se almacenan en los materiales de la batería es uniforme en todas las partículas activas individuales. Lo que encontraron, sin embargo, fue que durante el ciclo de carga y descarga, el almacenamiento de litio es cualquier cosa menos uniforme.
Cuando la batería está cerca del final de su ciclo de descarga, las superficies de las partículas activas se saturan de litio mientras que sus núcleos son deficientes en litio. Esto se traduce en la pérdida de litio reutilizable y una capacidad reducida.
En particular, al rastrear cómo la luz interactúa con las partículas activas durante el funcionamiento de la batería bajo un microscopio, los científicos observaron diferencias claras en el almacenamiento de litio durante el ciclo de carga y descarga en el óxido de cobalto-manganeso rico en níquel (NMC).
Al combinar las observaciones experimentales con el modelado por computadora, los investigadores notaron que la falta de uniformidad se origina en cambios drásticos en la tasa de difusión de iones de litio en NMC durante el ciclo de carga y descarga. Específicamente, los iones de litio se difunden lentamente en partículas de NMC completamente litiadas, pero la difusión mejora significativamente una vez que se extraen algunos iones de litio de estas partículas.
«Nuestro modelo proporciona información sobre el rango en el que varía la difusión de iones de litio en NMC durante las primeras etapas de carga», dijo el coautor principal Shrinidhi S. Pandurangi en un comunicado de prensa.
“Nuestro modelo predijo con precisión las distribuciones de litio y capturó el grado de heterogeneidad observado en los experimentos. Estas predicciones son clave para comprender otros mecanismos de degradación de la batería, como la fractura de partículas”.
Según Pandurangi, la heterogeneidad del litio observada al final de la descarga establece una de las razones por las que los materiales catódicos ricos en níquel suelen perder alrededor del % de su capacidad después de la primera carga-descarga. ciclo.
En su opinión y la de sus colegas, este hallazgo es muy importante si se tiene en cuenta que un estándar de la industria que se utiliza para determinar si una batería debe retirarse o no es cuando se ha perdido 20% de su capacidad.
