Cátodos sin cobalto de alto rendimiento para baterías de iones de litio

Investigadores de la Universidad de California Irvine y otros institutos de los Estados Unidos han desarrollado cátodos sin cobalto para baterías de iones de litio para preservar el rendimiento de la batería.

Las baterías de iones de litio almacenan energía con iones de litio y son muy populares debido a su rendimiento y durabilidad. Alimentan dispositivos como teléfonos inteligentes, computadoras portátiles y vehículos eléctricos. Sin embargo, su costo está aumentando debido a la alta demanda de materiales como el cobalto y el níquel. Los expertos se esfuerzan por lograr diseños sin cobalto ni níquel para reducir costos y permitir la producción en masa.

Investigadores de la Universidad de California Irvine y otros institutos de los Estados Unidos han presentado un enfoque innovador para desarrollar cátodos sin cobalto para baterías de iones de litio. Esta estrategia tiene como objetivo garantizar que el rendimiento de las baterías no se vea afectado por la eliminación del cobalto.

En 2020, el equipo formuló un enfoque novedoso para lograr el alivio de la tensión en un material activo catódico (CAM) con alto contenido de Ni (Ni-80%). Su estrategia se basa en un dopaje de concentración complejo que cambia las propiedades del material mediante la adición de dopantes químicos específicos. Los investigadores han propuesto un método de dopaje complejo de concentración con varias ventajas clave. Al implementar una mezcla de cationes bajos, este enfoque ha demostrado que se puede lograr una alta capacidad de 190 mAh/ga ​​C/10 y una alta energía específica de 700 Wh/kg a C/3 en materiales catódicos. Además, tiene una excelente estabilidad térmica y prolonga la vida útil de la batería, lo que la convierte en una solución muy deseable.

La estrategia propuesta es rentable. Los investigadores lograron demostrar una baja mezcla de cationes, lo que condujo a resultados impresionantes, como una alta capacidad de 190 mAh/g a C/10, una alta energía específica de 700 Wh/kg a C/3 y una estabilidad térmica superior en comparación con NMC. -532 y un ciclo de vida prolongado de más de 4000 ciclos. Estos logros posicionan nuestra estrategia como una alternativa competitiva a las celdas LFP. A diferencia de otras estrategias propuestas destinadas a reducir la dependencia de las baterías de iones de litio del cobalto (Co) y el níquel (Ni), el enfoque de los equipos se destaca porque elimina la necesidad de recubrir la superficie de los materiales. Esta propiedad simplifica la implementación a gran escala y ofrece una ventaja práctica sobre métodos alternativos.

La estrategia del equipo dio como resultado cátodos sin cobre de alto rendimiento que permitieron baterías de iones de litio estables con ciclos de vida prolongados. Ofrece el potencial para la producción de baterías asequibles y enfoques inspiradores sin cobalto.

Referencia:

Rui Zhang et al., Baterías de iones de litio de larga duración fabricadas con química de cátodo pobre en Ni y libre de Co, energia natural (2023). DOI: 10.1038/s41560-023-01267-y

Rui Zhang et al., Dopaje composicionalmente complejo para cátodos en capas de cobalto cero de tensión cero, Naturaleza (2022). DOI: 10.1038/s41586-022-05115-z