Se necesita energía en el camino: cuanto mayor es la capacidad de la batería, mayor es la gama de automóviles eléctricos y mayor es el tiempo de funcionamiento de teléfonos celulares y computadoras portátiles. La Dra. Jennifer Ludwig de la Universidad Técnica de Munich TUM ha desarrolladoun proceso que permite una producción rápida, simple y rentable del prometedor material de cátodo litio cobalto fosfato de alta calidad. La química recibió el Premio Evonik Research por su trabajo.
La esperanza es rosa: el polvo que Jennifer Ludwig vierte cuidadosamente en un recipiente de vidrio y que brilla de color rosa a la luz de la lámpara de laboratorio tiene el potencial de mejorar significativamente el rendimiento de las baterías futuras ". El fosfato de cobalto de litio puede almacenar sustancialmente más energía quemateriales de cátodo convencionales ", explica el químico.
Trabajando en el grupo de Tom Nilges, jefe de la Cátedra de Síntesis y Caracterización de Materiales Innovadores, el químico ha desarrollado un proceso para producir el polvo rosado rápidamente, con cantidades mínimas de energía y con la más alta calidad.
Los investigadores de baterías han estado considerando el fosfato de cobalto de litio como un material del futuro durante algún tiempo. Funciona a voltajes más altos que el fosfato de hierro y litio empleado tradicionalmente y, por lo tanto, alcanza una mayor densidad de energía: 800 vatios por kilogramo en lugar de justo debajo600 vatios hora.
Proceso anterior: costoso e intensivo en energía
Anteriormente, sin embargo, la producción del prometedor material de cátodo de alto voltaje requería un proceso muy complejo, intensivo en energía e ineficiente en condiciones difíciles con temperaturas de 800 ° C ". Y los cristales que se forman en estas condiciones varían en tamaño ydebe ser molido a polvo nanocristalino en un segundo paso de producción intensivo en energía ", informa Ludwig.
Además, los cristales resultantes exhiben suficiente conductividad iónica en una sola dirección. En la mayor parte de la superficie, la reacción química entre el material del electrodo y el electrolito en las baterías progresa muy lentamente.
cristales a medida
El proceso de síntesis de microondas desarrollado por Jennifer Ludwig resuelve todos estos problemas a la vez: la obtención del fosfato de cobalto de litio de alto grado requiere solo un horno de microondas y 30 minutos de tiempo.
Los reactivos se colocan en un recipiente de teflón junto con un disolvente y luego se calientan. Unos 600 W son suficientes para alcanzar los 250 ° C necesarios para estimular la formación de cristales.
Las plaquetas planas creadas en el proceso miden menos de un micrómetro de ancho y tienen solo unos pocos cientos de nanómetros de espesor, con el eje de máxima conductividad orientado hacia la superficie ". Esta forma garantiza un mejor rendimiento electroquímico porque los iones de litio solo necesitan moversedistancias cortas dentro de los cristales ", explica Ludwig.
Dirigiendo la reacción
El químico también pudo resolver otro problema en el curso de sus experimentos: a temperaturas superiores a 200 ° C y a alta presión, en lugar del fosfato de cobalto de litio deseado, ocasionalmente se forma un compuesto complejo de hidróxido de hidrógeno y fosfato de cobalto hasta ahora desconocido.
Jennifer Ludwig logró dilucidar el mecanismo de reacción, aislando el compuesto y determinando su estructura y propiedades. Dado que el nuevo compuesto no es adecuado como material de batería, modificó la reacción para que solo se produzca el fosfato de cobalto de litio deseado.
"Con este nuevo proceso de producción, ahora podemos crear cristales de fosfato de cobalto de litio de alto rendimiento en forma de plaquetas con propiedades personalizadas de alta calidad", dice el profesor Nilges. "Por lo tanto, un obstáculo más en el camino hacia un nuevo alto voltajemateriales han sido tomados "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Técnica de Munich TUM . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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