Científicos japoneses desarrollan una batería de iones de litio sin cobalto y de alta densidad de energía

Fuente: https://www.pv-magazine.com

La nueva batería sin cobalto produce aproximadamente un 60% más de densidad de energía que las baterías de iones de litio convencionales para un peso y volumen equivalentes y soporta 1.000 ciclos sin precedentes.

Los vehículos eléctricos actuales funcionan predominantemente con baterías de iones de litio de níquel-manganeso-cobalto (NMC). Sin embargo, la inclusión de cobalto en este tipo de baterías se ha considerado problemática debido a su escasez prevista, así como a los riesgos asociados a la cadena de suministro relacionados con su fuente única, los derechos humanos y las prácticas mineras.

Ahora, un equipo dirigido por investigadores de la Universidad de Tokio ha diseñado una batería de iones de litio que combina un cátodo sin cobalto con un ánodo de subóxido de silicio (SiO _x ), abordando con éxito el desafío del cobalto.

«Hay muchas razones por las que queremos dejar de utilizar cobalto para mejorar las baterías de iones de litio», afirmó el profesor Atsuo Yamada del Departamento de Ingeniería de Sistemas Químicos. “Para nosotros el desafío es técnico, pero su impacto podría ser ambiental, económico, social y tecnológico. Nos complace informar sobre una nueva alternativa al cobalto mediante el uso de una novedosa combinación de elementos en los electrodos, incluidos litio, níquel, manganeso, silicio y oxígeno, todos ellos elementos mucho más comunes y menos problemáticos de producir y trabajar”.

Detrás de esta combinación favorable de electrodos se encuentra un diseño de electrolito racional basado en LiFSI/FEMC de 3,4 M con un potencial desplazado, que sirve para ayudar a la formación de capas de pasivación robustas en el ánodo y promover la estabilidad del electrolito contra degradaciones tanto reductivas como oxidativas.

Además de presentar electrodos y electrolitos sin cobalto, el nuevo diseño de la batería también ha mostrado una serie de ventajas sobre las baterías de iones de litio convencionales. Tiene una densidad de energía aproximadamente un 60% mayor, lo que podría equivaler a una vida útil más larga, y puede entregar 4,4 voltios, a diferencia de los aproximadamente 3,2-3,7 voltios de las baterías NMC convencionales.

Además, las baterías de prueba con la nueva química pudieron cargarse y descargarse completamente en más de 1000 ciclos, simulando tres años de uso y carga completos. En el proceso, estaban perdiendo sólo alrededor del 20% de su capacidad de almacenamiento.

“Estamos encantados con los resultados hasta ahora, pero llegar hasta aquí no estuvo exento de desafíos. Fue una lucha tratar de suprimir varias reacciones indeseables que estaban teniendo lugar en las primeras versiones de nuestras nuevas químicas de baterías que podrían haber reducido drásticamente la longevidad de las baterías”, dijo Yamada.

“Y todavía nos queda mucho camino por recorrer, ya que aún quedan reacciones menores que mitigar para mejorar aún más la seguridad y la longevidad. Actualmente, confiamos en que esta investigación conducirá a baterías mejoradas para muchas aplicaciones, pero algunas, donde se requiere durabilidad y vida útil extremas, podrían no estar satisfechas todavía”.

Según los investigadores, su formulación de electrolitos ofrece un camino hacia baterías de iones de litio sostenibles y de alto rendimiento, mientras que el concepto podría aplicarse a otras tecnologías de energía electroquímica, incluidos otros tipos de baterías, la división del agua (para producir hidrógeno y oxígeno) , fundición de minerales, electrorrecubrimiento y más.

Sus hallazgos se analizan en “ Diseño de electrolitos para baterías de iones de litio con cátodo sin cobalto y ánodo de óxido de silicio ”, publicado en Nature  Sustainability