El Laboratorio Nacional Argonne en Illinois, Estados Unidos, desarrolló un diseño avanzado para cátodos de baterías de iones de litio que optimiza el rendimiento, estabilidad y reduce costos, promoviendo la adopción de vehículos eléctricos y sistemas de almacenamiento de energía en red.
El diseño podría acelerar la adopción de vehículos eléctricos (EVs) y sistemas de almacenamiento en red, siendo clave para los esfuerzos de descarbonización global.
En 2012, el equipo de investigación de Argonne marcó un hito en las baterías de iones de litio al presentar un material de cátodo novedoso que aumentó significativamente la densidad energética y la durabilidad.
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Este avance fue posible al ajustar la composición de níquel, manganeso y cobalto en las partículas del cátodo, logrando optimizar las propiedades de estos metales.
Aspectos clave
La clave del diseño está en la configuración de “gradiente de composición”, donde la concentración de níquel disminuye progresivamente desde el núcleo hasta la superficie de la partícula.
Este enfoque permite mantener una alta densidad energética para operaciones a voltajes elevados, al mismo tiempo que se minimiza la reactividad.
Este avance tiene implicaciones en la fabricación de baterías más compactas y económicas, beneficiando la adopción masiva de vehículos eléctricos y sistemas de almacenamiento en red.
Las partículas de cátodo en este diseño poseen una estructura en capas, característica común en las baterías comerciales actuales.
Las capas ordenadas de átomos metálicos crean canales que facilitan el transporte de iones de litio entre los electrodos, lo cual es fundamental para el proceso de carga y descarga de la batería.
Para que los EVs puedan sustituir a los vehículos de combustibles fósiles a nivel global, es necesario que las baterías operen a voltajes más altos sin comprometer su seguridad ni su durabilidad.
Las operaciones de alto voltaje suelen inducir fisuras en las partículas del cátodo y aumentar la reactividad con el electrolito, lo cual degrada la capacidad de la batería y acorta su vida útil.
El equipo de Argonne resolvió este problema introduciendo un diseño de «gradiente dual» en el cual la estructura del material transita gradualmente de un estado desordenado en la superficie a uno ordenado en el núcleo.
