Las baterías a base de litio usan más del 50 por ciento de todo el cobalto producido en el mundo. Estas baterías están en su teléfono celular, computadora portátil e incluso en su automóvil. Alrededor del 50 por ciento del cobalto del mundo proviene del Congo, donde se extrae en gran partea mano, en algunos casos por niños, pero ahora, un equipo de investigación dirigido por científicos de la Universidad de California, Berkeley, ha abierto la puerta al uso de otros metales en baterías a base de litio y ha construido cátodos con un 50 por ciento más de litio.capacidad de almacenamiento que los materiales convencionales.
"Hemos abierto un nuevo espacio químico para la tecnología de baterías", dijo el autor principal Gerbrand Ceder, profesor del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de Berkeley. "Por primera vez tenemos un elemento realmente barato que puedegran cantidad de intercambio de electrones en las baterías "
El estudio se publicará en la edición del 12 de abril de la revista Naturaleza . El trabajo fue una colaboración entre científicos de UC Berkeley, Berkeley Lab, Argonne National Lab, MIT y UC Santa Cruz.
En las baterías de litio actuales, los iones de litio se almacenan en cátodos el electrodo cargado negativamente, que son estructuras en capas. El cobalto es crucial para mantener esta estructura en capas. Cuando se carga una batería, los iones de litio se extraen del cátodo haciael otro lado de la celda de la batería, el ánodo. La ausencia de litio en el cátodo deja mucho espacio. La mayoría de los iones metálicos se agrupan en ese espacio, lo que hace que el cátodo pierda su estructura. Pero el cobalto es uno de los pocoselementos que no se moverán, lo que lo hace crítico para la industria de las baterías.
En 2014, el laboratorio de Ceder descubrió una forma en que los cátodos pueden mantener una alta densidad de energía sin estas capas, un concepto llamado sales de roca desordenadas. El nuevo estudio muestra cómo el manganeso puede funcionar dentro de este concepto, que es un paso prometedor lejos de la dependencia del cobaltoporque el manganeso se encuentra en la suciedad, lo que lo convierte en un elemento barato.
"Para lidiar con el problema de los recursos de cobalto, tienes que alejarte de esta capa en los cátodos", dijo Ceder. "Desordenar los cátodos nos ha permitido jugar con mucho más de la tabla periódica".
En el nuevo estudio, el laboratorio de Ceder muestra cómo se pueden utilizar las nuevas tecnologías para obtener mucha capacidad de un cátodo. Mediante un proceso llamado dopaje con flúor, los científicos incorporaron una gran cantidad de manganeso en el cátodo. Tener más iones de manganeso conla carga adecuada permite que los cátodos retengan más iones de litio, lo que aumenta la capacidad de la batería.
Otros grupos de investigación han intentado flotar cátodos de drogas pero no han tenido éxito. Ceder dice que el trabajo de su laboratorio en estructuras desordenadas fue una gran clave para su éxito.
El rendimiento del cátodo se mide en energía por unidad de peso, llamado vatios-hora por kilogramo. Los cátodos de manganeso desordenados se acercaron a 1,000 vatios-hora por kilogramo. Los cátodos de iones de litio típicos están en el rango de 500-700 vatios-hora por kilogramo.
"En el mundo de las baterías, esta es una gran mejora con respecto a los cátodos convencionales", dijo el autor principal Jinhyuk Lee, quien fue becario postdoctoral en el laboratorio de Ceder durante el estudio y ahora es becario postdoctoral en el MIT.
La tecnología debe ampliarse y probarse más para ver si se puede usar en aplicaciones como computadoras portátiles o vehículos eléctricos. Pero Ceder dice que esta tecnología realmente lo hace dentro de una batería no viene al caso; los investigadores han abiertoNuevas posibilidades para el diseño de cátodos, lo que es aún más importante.
"Puede usar prácticamente cualquier elemento en la tabla periódica ahora porque hemos demostrado que los cátodos no tienen que estar en capas", dijo Ceder. "De repente, tenemos mucha más libertad química, y creo que ahí es donde losla verdadera emoción es porque ahora podemos explorar nuevos cátodos "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - Berkeley . Original escrito por Brett Israel. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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