Un equipo de investigación dirigido por el Prof. Jihyun Hong del Departamento de Ingeniería de Baterías del Instituto de Graduados en Tecnología de Ecomateriales y Ferrosos de POSTECH, junto con el Dr. Gokhyun Lim, desarrolló una estrategia clave para mejorar la estabilidad de los óxidos en capas ricos en litio. (LLO), un material catódico de próxima generación para baterías de iones de litio (LIB). El avance, que prolonga significativamente la vida útil de la batería, se publicó en la revista Energy. Ciencias Energéticas y Ambientales.
Las baterías de iones de litio son indispensables en aplicaciones como vehículos eléctricos y sistemas de almacenamiento de energía (ESS). El material de óxido en capas rico en litio (LLO) ofrece hasta un 20% más de densidad de energía que los cátodos convencionales a base de níquel al reducir el contenido de níquel y cobalto al tiempo que aumenta la composición de litio y manganeso. Como alternativa más económica y sostenible, LLO ha atraído considerable atención. Sin embargo, desafíos como la pérdida de capacidad y la caída de voltaje durante el ciclo de carga-descarga han obstaculizado su viabilidad comercial.
Aunque estudios anteriores han identificado cambios estructurales en el cátodo durante el ciclo como la causa de estos problemas, las razones exactas detrás de la inestabilidad siguen sin estar claras. Además, las estrategias actuales destinadas a aumentar la estabilidad estructural de LLO no han logrado abordar la causa subyacente, lo que obstaculiza la comercialización.
El equipo de POSTECH se centró en el importante papel de la liberación de oxígeno en la desestabilización de la estructura LLO durante el proceso de descarga de carga. Plantearon la hipótesis de que mejorar la estabilidad química de la interfaz entre el cátodo y el electrolito podría evitar que el oxígeno se escape. Basándose en esta idea, fortalecieron aún más la interfaz cátodo-electrolito mejorando la composición del electrolito, lo que resultó en una disminución significativa en la liberación de oxígeno.
El electrolito mejorado del equipo de investigación retuvo una impresionante energía del 84,3% después de 700 ciclos de carga y descarga, una mejora significativa con respecto a los electrolitos convencionales, que sólo retuvieron un promedio del 37,1% después de 300 ciclos.
La investigación también reveló que los cambios estructurales en la superficie del material LLO tuvieron un efecto significativo en la estabilidad general del material. Al abordar estos cambios, el equipo pudo mejorar drásticamente la vida útil y el rendimiento del cátodo y, al mismo tiempo, reducir reacciones no deseadas como la descomposición del electrolito dentro de la batería.
El profesor Jihyun Hong comentó: “Usando radiación sincrotrón, pudimos analizar las diferencias químicas y estructurales entre la superficie y el interior de las partículas del cátodo. Esto reveló que la estabilidad del material de la superficie del cátodo es fundamental para la integridad estructural general. Creemos que esta investigación proporcionará nuevas direcciones para el desarrollo de materiales catódicos de próxima generación”.
La investigación fue apoyada por el Instituto Coreano para el Avance de la Tecnología a través del Ministerio de Comercio, Industria y Energía y el Ministerio de Ciencia y TIC con financiación para 2024 a través de la Fundación Nacional de Investigación de Corea.
