Estructura de banda de óxidos ricos en LI y su química redox aniónica propuesta. Crédito: avances científicos (2025). Doi: 10.1126/sciadv.adt0232
Un equipo de investigación de UNIST ha identificado las causas de la generación de oxígeno en un nuevo material de cátodo llamado cuasi-litio y propuso un principio de diseño material para abordar este problema.
Los materiales cuasi-litio teóricamente permiten que las baterías almacenen 30% a 70% más de energía en comparación con las tecnologías existentes a través de una carga de alto voltaje de más de 4.5V. Este avance podría permitir que los vehículos eléctricos alcancen un rango de conducción de hasta 1,000 km con una sola carga. Sin embargo, durante el proceso de carga de alto voltaje, el oxígeno atrapado dentro del material puede oxidarse y liberarse como gas, lo que plantea un riesgo de explosión significativo.
El equipo de investigación, dirigido por el profesor Hyun-Wook Lee en la Escuela de Energía e Ingeniería Química, descubrió que el oxígeno se oxida cerca de 4.25V, lo que provoca deformación estructural parcial y liberación de gas.
En su artículo publicado en Science Advances, propusieron un nuevo diseño de material de electrodo destinado a prevenir fundamentalmente la oxidación del oxígeno mediante la sustitución de algunos de los metales de transición en cuasi-litio con elementos que tienen una electronegatividad más baja.
Debido a la diferencia en la electronegatividad entre los dos elementos metálicos, los electrones se acumulan alrededor del elemento más electronegativo, aumentando la disponibilidad de electrones para el metal de transición y evitando la oxidación de oxígeno. Por el contrario, cuando no hay electrones disponibles en el metal de transición, el oxígeno sustituye y libera electrones, lo que resulta en su oxidación y emisión de gases.
Primer autor Min-Ho Kim, Ph.D. El investigador de UNIST y un investigador postdoctoral de UCLA, explicó: “Mientras que estudios anteriores se centraron en estabilizar el oxígeno oxidado para prevenir su emisión de gases, nuestra investigación se diferencia al abordar la prevención de la oxidación de oxígeno en sí”.
Además, este cambio en la densidad de electrones puede inducir un aumento en el voltaje de carga, lo que lleva al logro de una alta densidad de energía. Dado que la densidad de energía es proporcional a la cantidad de electrones disponibles y al voltaje de carga, la estrategia de sustituir los metales de transición permite finalmente un mayor almacenamiento de energía por unidad de peso de la batería. Este principio es similar a cómo una presa puede almacenar más energía, más agua tiene y mayor es la altura de la caída.
El equipo de investigación confirmó experimentalmente el efecto de supresión de oxidación de oxígeno de la sustitución del metal de transición (TM). El análisis de rayos X realizado con un acelerador mostró que sustituir parte del rutenio con níquel reducido significativamente las emisiones de gas oxígeno. La validación teórica de la redistribución de carga se logró mediante cálculos de teoría funcional de densidad (DFT).
El profesor Lee declaró: “A través de varios experimentos y análisis teóricos, hemos desarrollado una biblioteca de técnicas que pueden guiar a los investigadores de materiales de cátodo en sus esfuerzos de desarrollo de materiales. Este trabajo contribuirá al desarrollo de baterías de largo alcance sin explosión con una mayor densidad de energía”.
Más información: Min-Ho Kim et al, transferencia de carga de metal a metal para estabilizar la redox de alto voltaje en cátodos de óxido en capas ricos en litio, avances científicos (2025). Doi: 10.1126/sciadv.adt0232
Proporcionado por el Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología de Ulsan
Cita: el diseño del electrodo podría evitar explosiones en las baterías de próxima generación, lo que permite 1,000 km en una sola carga (2025, 20 de marzo) recuperada el 22 de marzo de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-03-electrode-explosions-Gen-Batteries-km.html
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