Durante décadas, los investigadores han buscado formas de eliminar el cobalto de las baterías de alta energía que alimentan los dispositivos electrónicos, debido a su alto costo y las ramificaciones de derechos humanos de su minería. Pero los intentos pasados no han estado a la altura de los estándares de rendimientode baterías con cobalto.
Investigadores de la Escuela de Ingeniería Cockrell de la Universidad de Texas en Austin dicen que descifraron el código a una batería de iones de litio de alta energía sin cobalto, eliminando el cobalto y abriendo la puerta para reducir los costos de producción de bateríasmientras que aumenta el rendimiento de alguna manera. El equipo informó una nueva clase de cátodos, el electrodo en una batería donde normalmente reside todo el cobalto, anclado por un alto contenido de níquel. El cátodo en su estudio es 89% de níquel.arriba los otros elementos clave.
Más níquel en una batería significa que puede almacenar más energía. Esa mayor densidad de energía puede prolongar la vida útil de la batería para un teléfono o un mayor alcance para un vehículo eléctrico con cada carga.
Los hallazgos aparecieron este mes en la revista Materiales avanzados . El documento fue escrito por Arumugam Manthiram, profesor del Departamento de Ingeniería Mecánica Walker y director del Instituto de Materiales de Texas, estudiante de doctorado Steven Lee y graduado de doctorado Wangda Li.
Por lo general, el aumento de la densidad de energía conduce a compensaciones, como un ciclo de vida más corto: la cantidad de veces que se puede cargar y descargar una batería antes de que pierda eficiencia y ya no se pueda cargar por completo. Eliminar el cobalto generalmente disminuye la velocidadLa respuesta cinética de una batería y conduce a una capacidad de velocidad más baja: la rapidez con la que se puede cargar o descargar el cátodo. Sin embargo, los investigadores dijeron que han superado los problemas de vida de ciclo corto y capacidad de velocidad baja al encontrar una combinación óptima de metales y garantizarUna distribución uniforme de sus iones.
La mayoría de los cátodos para las baterías de iones de litio usan combinaciones de iones metálicos, como el níquel-manganeso-cobalto NMC o el níquel-cobalto-aluminio NCA. Los cátodos pueden representar aproximadamente la mitad del costo de los materiales para toda la batería,siendo el cobalto el elemento más caro. A un precio de aproximadamente $ 28,500 por tonelada, es más costoso que el níquel, el manganeso y el aluminio combinados, y representa del 10% al 30% de la mayoría de los cátodos de baterías de iones de litio.
"El cobalto es el componente menos abundante y más costoso en los cátodos de batería", dijo Manthiram. "Y lo estamos eliminando por completo".
La clave para el avance de los investigadores se puede encontrar a nivel atómico. Durante la síntesis, pudieron asegurar que los iones de los diversos metales permanecían distribuidos uniformemente a través de la estructura cristalina en el cátodo. Cuando estos iones se agrupan, el rendimiento se degrada, y ese problema ha afectado a las anteriores baterías de alta energía sin cobalto, dijo Manthiram. Al mantener los iones distribuidos uniformemente, los investigadores pudieron evitar la pérdida de rendimiento.
"Nuestro objetivo es utilizar solo metales abundantes y asequibles para reemplazar el cobalto mientras se mantiene el rendimiento y la seguridad", dijo Li, "y aprovechar los procesos de síntesis industrial que son inmediatamente escalables".
Manthiram, Li y el ex investigador postdoctoral Evan Erickson trabajaron con la Oficina de Comercialización de Tecnología de UT para formar una startup llamada TexPower para llevar la tecnología al mercado. Los investigadores han recibido subvenciones del Departamento de Energía de EE. UU., Que ha tratado de disminuir la dependencia deImportaciones para materiales clave de la batería.
La industria se ha lanzado al impulso sin cobalto, sobre todo un esfuerzo de Tesla para eliminar el material de las baterías que alimentan sus vehículos eléctricos. Con grandes organizaciones gubernamentales y empresas privadas centradas en reducir la dependencia del cobalto, no sorprende queesta búsqueda se ha vuelto competitiva. Los investigadores dijeron que habían evitado problemas que obstaculizaban otros intentos de baterías sin cobalto y de alta energía con innovaciones en la combinación correcta de materiales y el control preciso de su distribución.
"Estamos aumentando la densidad de energía y reduciendo el costo sin sacrificar la vida útil del ciclo", dijo Manthiram. "Esto significa distancias de conducción más largas para vehículos eléctricos y una mejor duración de la batería para computadoras portátiles y teléfonos celulares".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Texas en Austin . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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