Híbridos y Eléctricos

ÓXIDOS ESTRATIFICADOS SOBRE-LITIADOS

Nuevos cátodos para baterías de litio de alta capacidad, ¿con ADN de salmón?

El nuevo material para el cátodo diseñado por el equipo de investigación coreano emplea óxidos estratificados sobre-litiados que, estabilizados con ADN de salmón, ofrece el 50% más de capacidad y la misma vida útil que las baterías de litio convencionales.

Baterías de litio con cátodos estabilizados con ADN de salmón
Baterías de litio con cátodos estabilizados con ADN de salmón.

Un equipo de investigación coreano del Instituto de Ciencia y Tecnología de Corea (KIST)  y del Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología de Ulsan (UNIST) ha desarrollado un material para el cátodo de las baterías de iones de litio a base de óxidos estratificados sobre-litiados (OLO) estabilizados mediante ADN del salmón. El resultado es que con este material se alcanza un 50% más de capacidad sin perder la reversibilidad de la carga y descarga de la batería, que era el problema que se encontraba anteriormente en este material.

Los óxidos estratificados sobre-litiados (conocidos como OLO-over-lithiated layered oxides) contienen una gran cantidad de litio gracias a que dentro de su estructura estratificada se reemplazan los elementos metálicos de transición por este mineral. Su capacidad para mejorar el almacenamiento supera a las actuales en más del 50%. Mientras que los materiales que se emplean en la actualidad pueden alcanzar capacidades de 160 mAh, estos óxidos ofrecen una alta capacidad para almacenar energía, alrededor de los 250 mAh, y para ser sometidos a procesos de carga y descarga reversibles. Por esta razón, este material ha sido estudiado como un buen candidato para convertirse en el material de cátodo para la próxima generación de baterías.

A pesar de ello, no se ha utilizado debido a los complejos procesos de activación química que requieren y a su escasa estabilidad electroquímica. La investigación de este grupo de científicos coreanos, publicada en la revista Advanced Energy Materials, muestra una nueva estrategia para proceder a esta activación basándose en el uso de ADN de salmón. Gracias al microscopio electrónico, los investigadores analizaron los cambios en la estructura cristalográfica, confirmando que las capas metálicas del OLO comienzan a colapsar en la superficie después de repetidos ciclos de carga y descarga. Para detener este efecto y controlar la estructura de su superficie, combinaron el ADN de salmón, que tiene una fuerte afinidad con los iones de litio y nanotubos de carbono (CNT). Esta mezcla se dispuso uniformemente y se unió a la superficie del OLO, resultando un nuevo material para el cátodo, muy estable y con gran capacidad para resistir los ciclos de carga y descarga.  

Ilustración esquemática que representa el procedimiento de activación química por etapas del OLO tratado con ADN de salmón

Ilustración esquemática que representa el procedimiento de activación química por etapas del OLO tratado con ADN de salmón.

El equipo de investigación descubrió que las características electroquímicas del OLO y los mecanismos de su estabilidad estructural mejoraron gracias a este nuevo material. Los resultados del análisis, basados en la observación por rayos X, confirmaron la supresión de la degradación estructural  durante los ciclos de carga y descarga y la mejora de la estabilidad térmica.

La investigación se ha desarrollado en dos localizaciones diferentes. La realizada en el Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología de Ulsan (UNIST) ha contado con el apoyo de la Oficina de Investigación del Ejército de EE.UU. (ARO), el programa Basic Science Research y el Wearable Platform Materials Technology Center de la Fundación Nacional de Investigación de Corea (NRF). También ha contado con el apoyo del Instituto de Investigación Forestal de Corea y Batteries R&D de LG Chem. El trabajo realizado en Instituto de Ciencia y Tecnología de Corea (KIST) ha recibido la colaboración del Programa de Desarrollo de Tecnología para el Cambio Climático de la Fundación Nacional de Investigación (NRF) financiado por el Ministerio de Ciencia y TIC y el Programa Institucional KIST.

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