Investigadores japoneses de la Universidad Nacional de Yokohama han demostrado una alternativa prometedora a las baterías de níquel-cobalto para coches eléctricos.

Su enfoque se basa en el uso de manganeso en el ánodo para crear una batería con alta densidad de energía, que sea rentable y sostenible.

Los fabricantes de vehículos eléctricos prefieren las baterías de níquel-cobalto porque ofrecen una mayor densidad de energía, lo que significa mayor autonomía en un paquete de baterías más pequeño. Sin embargo, ambos componentes son muy caros y relativamente raros, lo que los convierte en opciones insostenibles cuando aumenta el uso de vehículos eléctricos en todo el mundo.

Las baterías de iones de litio (Li-ion) son la opción preferida entre las baterías recargables en la mayoría de los dispositivos electrónicos. Sin embargo, su baja densidad energética los sitúa en desventaja respecto a los coches eléctricos. Los esfuerzos de investigación y desarrollo para mejorarlos han dado lugar a mejores opciones de baterías de iones de litio.

También se han realizado experimentos con manganeso en el material del ánodo junto con litio, como LiMnO2. Sin embargo, las aplicaciones han sido limitadas debido al bajo rendimiento de los electrodos. Investigadores de la Universidad Nacional de Yokohama (YNU) en Japón han abordado este problema en su trabajo reciente.

Trabajar con un sistema monoclínico.

Después de estudiar exhaustivamente el LiMnO2 en sus diversas formas mediante difracción de rayos X, microscopía electrónica de barrido y métodos electroquímicos, el investigador Naoki Yabuchi y su equipo de la Universidad de Yangon descubrieron que un campo laminar monoclínico activa la transformación estructural del LiMnO2 en una especie de espinela. fase. Un sistema monoclínico es un tipo de simetría de grupo de una estructura cristalina sólida.

LiMnO2 mejora el rendimiento del material del electrodo facilitando la transición de fase. Sin transición de fase, el rendimiento del electrodo de LiMnO2 no es óptimo.

«A partir de este descubrimiento, se sintetizó directamente LiMnO2 de tamaño nanométrico con estructuras de dominio en capas monoclínicas y una alta área de superficie mediante una reacción simple de estado sólido», dijo Yabuchi en un comunicado. presione soltar.

La reacción no implica ningún paso intermedio y se puede realizar directamente a partir de dos componentes mediante el proceso de calcinación.

Mejoras de rendimiento con Mn

Las pruebas posteriores a la instalación revelaron que la batería con electrodo de LiMnO2 alcanzó una densidad energética de 820 vatios-hora por kilogramo (Wh kg-1) frente a los 750 Wh por kilogramo obtenidos con una batería a base de níquel. Sólo las baterías de litio tienen una densidad energética inferior, de 500 vatios-hora por kilogramo.

Los investigadores dijeron Interesante geometría En un correo electrónico, el manganeso, cuando se utiliza en otras formas, señala que normalmente muestra la mitad de la amplitud de la densidad de energía.

Un estudio anterior que utilizó manganeso informó caídas de voltaje en las baterías, donde la salida de voltaje disminuyó con el tiempo, reduciendo el rendimiento del dispositivo electrónico. Sin embargo, los investigadores no observaron tales resultados con el electrodo LiMnO2.

Aún puede ocurrir descomposición del manganeso, ya sea debido a cambios de fase o por reacción con una solución ácida. El comunicado de prensa agregó que los investigadores planean abordar este problema utilizando una solución de electrolitos altamente concentrada y un recubrimiento de fosfato de litio.

Los investigadores expresan su confianza en que su trabajo haya contribuido al desarrollo de un nuevo producto que sea competitivo con las opciones actuales, sostenible en producción y respetuoso con el medio ambiente a largo plazo. Buscan comercializar su tecnología y utilizarla en la industria de los vehículos eléctricos.

«Encontramos una metodología muy económica y este es el hallazgo importante de nuestro estudio», añadió el equipo de investigación en su correo electrónico a IE.