Los investigadores del Laboratorio Nacional de Oak Ridge han desarrollado una nueva familia de cátodos con el potencial de reemplazar los costosos cátodos a base de cobalto que se encuentran típicamente en las baterías de iones de litio actuales que alimentan vehículos eléctricos y productos electrónicos de consumo.
La nueva clase llamada NFA, que significa cátodo a base de níquel, hierro y aluminio, es un derivado del niquelato de litio y se puede utilizar para fabricar el electrodo positivo de una batería de iones de litio. Estos cátodos novedosos están diseñados paraser de carga rápida, densa energía, rentable y más duradera.
Con el aumento en la producción de vehículos eléctricos y electrónicos portátiles en todo el mundo, las baterías de iones de litio tienen una gran demanda. Según Ilias Belharouak, científico de ORNL que lidera la investigación y el desarrollo de la NFA, se prevé que más de 100 millones de vehículos eléctricosestar en la carretera para el 2030. El cobalto es un metal que se necesita actualmente para el cátodo y que constituye la parte significativa del costo de una batería de iones de litio.
El cobalto es poco común y se extrae principalmente en el extranjero, lo que dificulta la adquisición y producción de cátodos. Como resultado, encontrar un material alternativo al cobalto que se pueda fabricar de manera rentable se ha convertido en una prioridad de investigación de baterías de iones de litio.
Los científicos de ORNL probaron el rendimiento de la clase de cátodos NFA y determinaron que son sustitutos prometedores de los cátodos a base de cobalto, como se describe en Materiales avanzados y el Diario de fuentes de energía . Los investigadores utilizaron difracción de neutrones, espectroscopía de Mossbauer y otras técnicas de caracterización avanzadas para investigar las microestructuras y atómicas de NFA, así como las propiedades electroquímicas.
"Nuestras investigaciones sobre el comportamiento de carga y descarga de NFA mostraron que estos cátodos experimentan reacciones electroquímicas similares a las de los cátodos a base de cobalto y ofrecen capacidades específicas lo suficientemente altas para satisfacer las demandas de densidad de energía de la batería", dijo Belharouak.
Aunque la investigación sobre la clase NFA se encuentra en las primeras etapas, Belharouak dijo que los resultados preliminares de su equipo hasta la fecha indican que es posible que el cobalto no sea necesario para las baterías de iones de litio de próxima generación.
"Estamos desarrollando un cátodo que tiene características electroquímicas similares o mejores que los cátodos a base de cobalto mientras utilizamos materias primas de menor costo", dijo.
Belharouak agregó que el NFA no solo funciona tan bien como los cátodos a base de cobalto, sino que el proceso para fabricar los cátodos NFA se puede integrar en los procesos de fabricación de cátodos globales existentes.
"El niquelato de litio se ha investigado durante mucho tiempo como el material de elección para fabricar cátodos, pero sufre de inestabilidades estructurales y electroquímicas intrínsecas", dijo. "En nuestra investigación, reemplazamos parte del níquel con hierro y aluminio para mejorar laestabilidad del cátodo. El hierro y el aluminio son materiales rentables, sostenibles y respetuosos con el medio ambiente ".
La investigación y el desarrollo futuros en la clase NFA incluirán probar los materiales en celdas de gran formato para validar los resultados a escala de laboratorio y explorar más a fondo la idoneidad de estos cátodos para su uso en vehículos eléctricos.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional Oak Ridge . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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