El nuevo material es una versi\u00f3n mejorada de un material NMC desarrollado anteriormente. La principal diferencia es que ahora la superficie est\u00e1 enriquecida con cobalto y el interior est\u00e1 pr\u00e1cticamente libre de cobalto, lo que permite aprovechar mejor las propiedades ventajosas de los materiales activos. El uso de cobalto tambi\u00e9n se ha reducido significativamente y el material del c\u00e1todo ahora s\u00f3lo se compone de aproximadamente un dos por ciento en lugar de entre un diez y un 20 por ciento de n\u00edquel.<\/p>\n\n\n\n
Los investigadores de Argonne hab\u00edan optimizado previamente la composici\u00f3n de n\u00edquel, manganeso y cobalto del material NMC original. En el \"dise\u00f1o de gradiente de composici\u00f3n\", la concentraci\u00f3n de n\u00edquel disminuye gradualmente desde el n\u00facleo de las part\u00edculas del material del c\u00e1todo hasta la superficie. \"La idea era maximizar la densidad energ\u00e9tica en el funcionamiento de la bater\u00eda de alto voltaje y minimizar la reactividad\", escribe el instituto. Estas part\u00edculas de c\u00e1todo tienen una estructura en capas. Estas capas ordenadas de \u00e1tomos met\u00e1licos crean v\u00edas para el transporte de iones de litio entre los electrodos de una pila.<\/p>\n\n\n\n
Este material se ha licenciado a fabricantes de bater\u00edas y materiales, por lo que se utiliza comercialmente. \"Para que los VE sustituyan a los veh\u00edculos de gasolina a escala mundial, las bater\u00edas deben ser capaces de funcionar a voltajes m\u00e1s altos para suministrar a\u00fan m\u00e1s energ\u00eda y autonom\u00edas de conducci\u00f3n m\u00e1s largas\", afirma Khalil Amine, jefe del equipo de Tecnolog\u00eda Avanzada de Bater\u00edas de Argonne, y a\u00f1ade: \"Al mismo tiempo, deben seguir siendo seguras y costar menos de fabricar\".<\/p>\n\n\n\n
Sin embargo, cuando funcionan a altos voltajes, las part\u00edculas del c\u00e1todo con estructuras ordenadas en capas tienden a romperse y a reaccionar m\u00e1s fuertemente con el electrolito de la pila. Esto no s\u00f3lo reduce la vida \u00fatil de la pila, sino que tambi\u00e9n puede provocar problemas de seguridad en casos extremos.<\/p>\n\n\n\n
Por ello, los equipos de ANE han a\u00f1adido otra caracter\u00edstica especial al 'dise\u00f1o de c\u00e1todo de gradiente de composici\u00f3n' para seguir desarroll\u00e1ndolo, a saber, el proceso de convoluci\u00f3n de cobalto mencionado al principio. Por ello, los investigadores hablan ahora tambi\u00e9n de un 'dise\u00f1o de doble gradiente'. Esto tambi\u00e9n rompe la estructura ordenada y estratificada del material: En el n\u00facleo, las part\u00edculas siguen estando formadas por material en capas, pero en la superficie, el material se vuelve cada vez m\u00e1s desordenado.<\/p>\n\n\n\n
La idea es que la superficie desordenada de las part\u00edculas suprima la formaci\u00f3n de grietas y la reactividad, mientras que el n\u00facleo ordenado maximice el transporte de iones. \"De este modo, el c\u00e1todo puede alcanzar potencialmente una gran capacidad y estabilidad mientras funciona a altos voltajes\", explic\u00f3 el instituto. Se dice que las pruebas han confirmado que la producci\u00f3n de material cat\u00f3dico con estas propiedades especiales fue un \u00e9xito - y que las part\u00edculas tambi\u00e9n permanecen estables cuando funcionan a altos voltajes. Se dice que, tras 500 ciclos de carga y descarga, el material s\u00f3lo ha perdido un dos por ciento de su capacidad.<\/p>\n\n\n\n
\"Demostramos que la superficie desordenada de la part\u00edcula es indestructible, pr\u00e1cticamente sin reactividad ni tensi\u00f3n estructural\", dijo Tongchao Liu, qu\u00edmico de Argonne. Liu es el autor principal del art\u00edculo publicado recientemente en Nature Energy sobre el c\u00e1todo de doble gradiente de Argonne. Entre los socios colaboradores se encuentran el Instituto Brookhaven del Departamento de Energ\u00eda y el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley.<\/p>\n\n\n