Dopaje de superficie TI4+ inducida estructura parcialmente ordenada en NT-NCM. A, B, imágenes de tallo y mapeo de anguilas de NT-NCM en la región superficial (a) y límites de grano (B). C, D, perfil de línea de anguilas del borde de Ti L de NT-NCM en la región superficial (C) y el límite de grano (D). E, STEM-HAADF Imágenes de NT-NCM. Las imágenes a la derecha son versiones magnificadas de áreas seleccionadas a la izquierda. F, el perfil de intensidad del escaneo de la línea a lo largo de la dirección de la línea A y la línea B en e. G, patrones XPS de Na 1S y Ti 2p de la superficie NT-NCM y P-NCM. Crédito: Nature Energy (2025). Doi: 10.1038/s41560-025-01831-8
Las baterías de iones de litio (LIB), las baterías recargables que mueven los iones de litio entre el ánodo (es decir, el electrodo negativo) y el cátodo (es decir, el electrodo positivo), se utilizan para alimentar la mayoría de los productos electrónicos portátiles en el mercado. Estas baterías tienen varias propiedades ventajosas, incluida una vida útil relativamente larga, peso ligero y buena densidad de energía en proporción a su tamaño.
En las últimas décadas, los ingenieros de energía han estado tratando de idear estrategias para aumentar aún más la densidad de energía y la durabilidad de estas baterías con el tiempo. Esto podría contribuir al avance futuro de varios tipos de electrónica, incluidos teléfonos inteligentes, computadoras portátiles, dispositivos portátiles y vehículos de transporte eléctrico.
Un enfoque para aumentar la densidad de energía de las baterías implica el diseño o la mejora de los materiales de cátodo, el electrodo en las celdas de la batería que atrae iones positivos. Estudios anteriores mostraron que los materiales de cátodo en capas con un alto contenido de níquel pueden aumentar el voltaje máximo de carga de LIB. No obstante, su uso también generalmente reduce la estabilidad del ciclismo de una batería, lo que lleva a que se degrade más rápido sobre los ciclos de descarga de carga repetidos.
Investigadores de la Universidad de Pekín, la Universidad de Shanghai Jiao Tong, la Academia de Ciencias de China y otros institutos recientemente idearon una estrategia prometedora para estabilizar los cátodos en capas, lo que a su vez podría mejorar la durabilidad de las Libs de alta energía, frenando su tiempo de degradación. Su enfoque, esbozado en un artículo publicado En la energía de la naturaleza, implica la adición de dopantes (es decir, átomos extraños) a los materiales ricos en Ni.
“Las baterías de iones de litio de alta densidad de energía para condiciones extremas requieren cátodos que permanecen estables en una operación severa, incluido el voltaje de corte ultra y las temperaturas extremas”, escribió Hengyi Liao, Yufeng Tang y sus colegas en su artículo.
“For Ni-rich layered cathodes, raising the charge voltage from 4.3 V to 4.8 V (versus Li+/Li) increases the energy density, yet this sacrifices cycling stability and remains challenging. We report a dopant-pairing method that achieves highly enriched Ti4+ (~9-nm surface layer) in LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 facilitated by Na+, enabling significantly La ciclabilidad mejorada de alto voltaje.
Esencialmente, los investigadores propusieron combinar iones de titanio (Ti4+) con iones de sodio (Na+) para producir una capa superficial delgada y rica en Ti⁴⁺ en un cátodo rico en Ni. Se encontró que la alta concentración de ti⁴⁺ en la superficie del material del cátodo mejora la integridad estructural del material, lo que limita las reacciones laterales indeseables que pueden provocar su degradación.
“La estabilidad mejorada está vinculada a una mejor integridad estructural y una reducción de las reacciones laterales de cátodo -electrolito (por ejemplo, evolución de O2 y CO2)”, escribieron los autores. “Además, el transporte de iones se conserva mejor incluso después de un ciclo prolongado a 4.8 V. Este trabajo resalta la potencia del catión D0 MZ+ (Z ≥ 4) de alta valencia sobresaturada en la modificación de las interacciones cátodo-electrolitos y la vía de degradación”.
Este estudio reciente introduce una nueva ruta viable para crear LIBS que son de alta energía y duradera. Otros equipos de investigación pronto podrían adaptar la estrategia ideada por estos investigadores y probar el rendimiento de los libs que integran los materiales de cátodo resultantes. En el futuro, el nuevo enfoque basado en el emparejamiento dopante podría contribuir al desarrollo de libs de próxima generación para exigentes aplicaciones del mundo real, como vehículos eléctricos y almacenamiento de energía a escala de red.
Escrito para usted por nuestro autor Ingrid Fadellieditado por Stephanie Baumy verificado y revisado por Robert Egan—Este artículo es el resultado de un trabajo humano cuidadoso. Confiamos en lectores como usted para mantener vivo el periodismo científico independiente. Si este informe le importa, considere un donación (especialmente mensual). Obtendrá una cuenta sin anuncios como agradecimiento.
Más información: Hengyi Liao et al, estabilidad del cátodo en capas excepcional a 4.8 V a través del diseño de cationes de alta valencia sobresaturado, energía natural (2025). Dos: 10.1038/s41560-025-01831-8
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Cita: una nueva estrategia de emparejamiento de dopantes puede aumentar la estabilidad de los cátodos para las baterías de iones de litio (2025, 26 de agosto) Recuperada el 26 de agosto de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-08-dopant-hopant-strategy-boost-stability.html
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