Investigadores de la Universidad de California Irvine y otras instituciones de los Estados Unidos han desarrollado cátodos sin cobalto para baterías de iones de litio, preservando el rendimiento de la batería.
Las baterías de iones de litio almacenan energía con iones de litio y son populares por su rendimiento y vida útil. Alimentan dispositivos como teléfonos inteligentes, computadoras portátiles y vehículos eléctricos. Sin embargo, su costo aumenta debido a la alta demanda de materiales como el cobalto y el níquel. Los expertos buscan diseños libres de cobalto y níquel para reducir costos y permitir la producción en masa.
Investigadores de la Universidad de California, Irvine y otras instituciones en los Estados Unidos han introducido un enfoque innovador para desarrollar cátodos de baterías de iones de litio libres de cobalto. Esta estrategia tiene como objetivo garantizar que el rendimiento de las baterías no se vea afectado por la ausencia de cobalto.
En 2020, el equipo formuló un enfoque novedoso para lograr una tensión cero en un material activo catódico (CAM) con alto contenido de Ni (Ni-80%). Su estrategia gira en torno al dopaje de concentración compleja, que altera las propiedades del material mediante la adición de sustancias químicas dopantes específicas. Los investigadores han propuesto un método de dopaje complejo de concentración con varias ventajas significativas. Al implementar una mezcla de bajo contenido de cationes, este enfoque demostró la capacidad de lograr una alta capacidad de 190 mAh/ga C/10 y una alta energía específica de 700 Wh/kg a C/3 en materiales catódicos. También tiene una excelente estabilidad térmica y prolonga la vida útil de la batería, lo que la convierte en una solución muy deseable.
La estrategia propuesta es conveniente. Los investigadores demostraron con éxito una baja mezcla de cationes, lo que arrojó resultados impresionantes, como una alta capacidad de 190 mAh/g a C/10, una alta energía específica de 700 Wh/kg a C/3, una estabilidad térmica superior en comparación con NMC-532 y un ciclo de vida prolongado de más de 4000 ciclos. Estos resultados posicionan nuestra estrategia como una alternativa competitiva a las células LFP. A diferencia de otras estrategias propuestas para reducir la dependencia de las baterías de iones de litio del cobalto (Co) y el níquel (Ni), el enfoque de los equipos se distingue por eliminar la necesidad de recubrir la superficie de los materiales. Esta característica simplifica su implementación a gran escala, ofreciendo una ventaja práctica sobre métodos alternativos.
La estrategia del equipo produjo cátodos sin cobre de alto rendimiento, lo que permitió baterías de iones de litio estables con ciclos de vida prolongados. Tiene el potencial de producir baterías asequibles e inspirar enfoques sin cobalto.
Referencia:
Rui Zhang et al, Baterías de iones de litio de larga duración fabricadas con química de cátodo sin cobre y bajo contenido de Ni, Energía de la naturaleza (2023). DOI: 10.1038/s41560-023-01267-y
Rui Zhang et al, Dopaje composicionalmente complejo para cátodos de capa de cobalto cero de tensión cero, Naturaleza (2022). DOI: 10.1038/s41586-022-05115-z