Un nuevo artículo publicado hoy en Energía de la naturaleza revela cómo un equipo colaborativo de investigadores ha podido identificar completamente la naturaleza del oxígeno oxidado en el importante material de la batería - NMC rico en Li - usando RIXS Dispersión de rayos X inelástica resonante en Diamond Light Source. Este compuestose está considerando de cerca su implementación en baterías de iones de litio de próxima generación porque puede ofrecer una densidad de energía más alta que los materiales de última generación actuales, lo que podría traducirse en rangos de conducción más largos para vehículos eléctricos.permiten a los científicos abordar problemas como la longevidad de la batería y la pérdida de voltaje con materiales ricos en Li.
El artículo, "Histéresis de voltaje de primer ciclo en cátodos 3d ricos en Li asociados con O2 molecular atrapado en la masa" por un equipo conjunto de la Universidad de Oxford, las Instituciones Henry Royce y Faraday y Diamond Light Source, el sincrotrón nacional del Reino Unidoexamina los resultados de sus investigaciones para comprender mejor el importante compuesto conocido en la industria de las baterías como NMC rico en Li o Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2.
El científico principal de Beamline en I21 RIXS en Diamond, Kejin Zhou, explica: "Nuestro trabajo consiste en comprender la misteriosa histéresis de voltaje del primer ciclo en la que el proceso O-redox no se puede recuperar por completo, lo que resulta en la pérdida del voltaje y,densidad."
Un estudio anterior Nature 577, 502-508 2020 sobre este proceso realizado por el mismo equipo de investigación, en la línea de luz I21 en Diamond, informó que, en los cátodos de baterías de iones de sodio, la histéresis de voltaje está relacionada con laformación de O2 molecular atrapado dentro de las partículas debido a la migración de iones de metales de transición durante el proceso de carga.
Agrega: "Nuestro trabajo actual se centra en el material rico en Li Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2. Los hallazgos clave, como antes, muestran la formación de moléculas de O2 libres dentro de los materiales, lo cual no se había apreciado antes enla comunidad. Este es un descubrimiento muy importante ya que el material tiene una mayor covalencia de TM-O que se pensaba que suprimía la formación de O2 molecular. Creo que nuestro trabajo tendrá un gran impacto en los diseños futuros de cátodos de batería para minimizar la estructura de panal inestable. Nuestro trabajotambién tiene consecuencias importantes para abordar otros problemas asociados con el NMC rico en Li, como el desvanecimiento de voltaje, que dificulta su comercialización y, en última instancia, el descubrimiento de nuevos materiales que pueden aprovechar O-redox de manera más reversible "
Los materiales de cátodo ricos en Li son una de las pocas opciones disponibles para aumentar la densidad de energía de las baterías de iones de litio. Casi todo el litio en estas estructuras se puede eliminar, compensado primero por la oxidación de los iones de metales de transición TMy posteriormente los iones de óxido. Sin embargo, el alto voltaje asociado con este proceso O-redox en la carga no se recupera en la descarga, lo que lleva a la llamada histéresis de voltaje y una pérdida sustancial de densidad de energía. Esto representa uno de los desafíos clave que ha inhibido la explotaciónel potencial completo de estos materiales y la comprensión de este fenómeno sigue siendo incompleta.
"En nuestro estudio, usamos HR RIXS - Espectroscopia de dispersión de rayos X inelástica resonante de alta resolución en la línea de luz I21 en Diamond para investigar el proceso O-redox. Así es como el material almacena la carga en los iones de óxido, que hacenparte de su estructura. Sin embargo, este proceso ha resultado muy difícil de comprender por completo para los investigadores. El material sufre cambios estructurales complicados durante la primera carga, lo que resulta en una histéresis de gran voltaje, y el mecanismo por el cual los iones de óxido almacenan energía no estaba claro ", explica.autor principal, Dr. Rob House, Universidad de Oxford, Departamento de Materiales. También agrega :
"Los datos que obtuvimos nos permitieron asignar misteriosas características espectroscópicas que previamente habían sido detectadas por la técnica RIXS, pero que no pudieron ser identificadas por completo. Pudimos resolver la estructura fina que surge de las vibraciones de las moléculas de O2 permitiéndonos asignar laCaracterísticas de RIXS obtenidas en esta importante clase de material de batería. Estas moléculas de O2 quedan atrapadas dentro de la mayor parte del material del cátodo y pueden volver a transformarse en iones de óxido durante la descarga, pero a un voltaje más bajo que en la carga inicial. Esto proporciona un nuevo mecanismopara explicar el proceso O-redox y representa un importante paso adelante para los materiales de la batería ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Fuente de luz de diamante . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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