Investigadores del Instituto de Tecnología de Karlsruhe KIT y la Universidad de Jilin en Changchun / China investigaron un material de ánodo muy prometedor para futuras baterías de alto rendimiento: titanato de litio y lantano con una estructura de cristal de perovskita LLTO. Como informó el equipo en el Comunicaciones de la naturaleza diario, LLTO puede mejorar la densidad de energía, la densidad de potencia, la velocidad de carga, la seguridad y el ciclo de vida de las baterías sin requerir una disminución del tamaño de partícula de micro a nanoescala.
La demanda de vehículos eléctricos está aumentando, acompañada de una creciente necesidad de redes inteligentes que garanticen un suministro de energía sostenible. Estas y otras tecnologías móviles y estacionarias requieren baterías adecuadas. Almacenar la mayor cantidad de energía posible en el menor espacio posible con el menorpeso posible: las baterías de iones de litio LIB aún cumplen mejor este requisito. La investigación tiene como objetivo mejorar la densidad de energía, la densidad de potencia, la seguridad y el ciclo de vida de estas baterías. El material del electrodo es de gran importancia aquí. Ánodos de litioLas baterías de iones constan de un colector de corriente y se le aplica un material activo que almacena energía en forma de enlaces químicos. En la mayoría de los casos se utiliza grafito como material activo. Sin embargo, los electrodos negativos de grafito tienen una tasa de carga baja.Además, están asociados a problemas de seguridad. Entre los materiales activos alternativos, ya se ha comercializado el óxido de titanato de litio LTO. Electrodos negativos con LTO presienten una tasa de carga más alta y se consideran más seguros que los hechos de grafito.El inconveniente es que las baterías de iones de litio con óxido de titanato de litio tienden a tener una densidad de energía más baja.
La demanda de vehículos eléctricos está aumentando, acompañada de una creciente necesidad de redes inteligentes que garanticen un suministro de energía sostenible. Estas y otras tecnologías móviles y estacionarias requieren baterías adecuadas. Almacenar la mayor cantidad de energía posible en el menor espacio posible con el menorpeso posible: las baterías de iones de litio LIB aún cumplen mejor este requisito. La investigación tiene como objetivo mejorar la densidad de energía, la densidad de potencia, la seguridad y el ciclo de vida de estas baterías. El material del electrodo es de gran importancia aquí. Ánodos de litioLas baterías de iones constan de un colector de corriente y se le aplica un material activo que almacena energía en forma de enlaces químicos. En la mayoría de los casos se utiliza grafito como material activo. Sin embargo, los electrodos negativos de grafito tienen una tasa de carga baja.Además, están asociados a problemas de seguridad. Entre los materiales activos alternativos, ya se ha comercializado el óxido de titanato de litio LTO. Electrodos negativos con LTO presienten una tasa de carga más alta y se consideran más seguros que los hechos de grafito.El inconveniente es que las baterías de iones de litio con óxido de titanato de litio tienden a tener una densidad de energía más baja.
El equipo alrededor del profesor Helmut Ehrenberg, director del Instituto de Materiales Aplicados - Sistemas de Almacenamiento de Energía IAM-ESS de KIT, ahora investigó otro material de ánodo muy prometedor: titanato de litio y lantano con una estructura de cristal de perovskita LLTO.Según el estudio, que se llevó a cabo en colaboración con científicos de la Universidad de Jilin en Changchun China y otros institutos de investigación en China y Singapur, los ánodos LLTO tienen un potencial de electrodo menor en comparación con los ánodos LTO comercializados, lo que permite un voltaje de celda más alto y"El voltaje de la celda y la capacidad de almacenamiento determinan en última instancia la densidad de energía de una batería", explica Ehrenberg. "En el futuro, los ánodos LLTO podrían usarse para construir celdas de alto rendimiento particularmente seguras con un ciclo de vida prolongado".contribuye al trabajo de la plataforma de investigación para el almacenamiento electroquímico, CELEST Centro de almacenamiento de energía electroquímica de Ulm & Karlsruhe, una de las mayores investigaciones de bateríasrch en todo el mundo, que también incluye el clúster de excelencia POLiS.
Además de la densidad de energía, la densidad de potencia, la seguridad y el ciclo de vida, la tasa de carga es otro factor determinante para la idoneidad de una batería para aplicaciones exigentes. En principio, la corriente de descarga máxima y el tiempo de carga mínimo dependen del transporte de iones y electronestanto dentro del cuerpo sólido como en las interfaces entre el electrodo y los materiales del electrolito. Para mejorar la velocidad de carga, es una práctica común reducir el tamaño de partícula del material del electrodo de escala micro a nano. El estudio, que se publicó en Comunicaciones de la naturaleza revista de los investigadores de KIT y sus socios de cooperación, muestra que incluso las partículas de unos pocos micrómetros de tamaño en LLTO con una estructura de perovskita presentan una mayor densidad de potencia y una mejor tasa de carga que las nanopartículas de LTO. El equipo de investigación atribuye esto a lallamada pseudocapacitancia de LLTO: no solo se unen electrones individuales a este material del ánodo, sino también iones cargados, que están unidos por fuerzas débiles y pueden transferir cargas de manera reversible al ánodo. "Gracias a las partículas más grandes, LLTO básicamente permite que sea más simple y más costoso-procesos de fabricación de electrodos eficaces ", explica Ehrenberg.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Karlsruher Institut für Technologie KIT . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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