La mayoría de los sólidos se expanden cuando aumenta la temperatura y se contraen cuando se enfrían. Algunos materiales hacen lo contrario: se expanden con el frío. El fosfato de litio y titanio es uno de esos materiales y puede resolver el problema de la disminución drástica del rendimiento de las baterías de iones de litio en ambientes fríos. en el diario Química aplicadaUn equipo chino ha demostrado su idoneidad para su uso como electrodo para baterías recargables.
Las baterías de iones de litio y otras baterías recargables basadas en iones metálicos alimentan nuestros dispositivos portátiles, impulsan vehículos y almacenan energía solar y eólica. Funcionan bien, siempre y cuando haga calor. A medida que bajan las temperaturas, el rendimiento de estas baterías puede caer drásticamente, un problema para los vehículos eléctricos y las aplicaciones aeroespaciales y militares. Contramedidas como calentadores integrados, electrolitos avanzados o recubrimientos de electrodos aumentan el costo y la complejidad de la fabricación de baterías o reducen el rendimiento.
Una causa del problema del frío es la lenta difusión de los iones de litio en el material del electrodo. Un equipo de la Universidad Donghua de Shanghai y la Universidad Fudan, así como de la Universidad de Mongolia Interior en Hohhot, han propuesto un nuevo enfoque para abordar este problema: expansión térmica negativa (NTE), electrodos hechos de materiales electroquímicos de almacenamiento de energía como el fosfato de litio y titanio. liti2(CORREOS4)3 (LPT). Dirigido por Liming Wu, Chunfu Lin y Renchao Che, el equipo utilizó LTP como material modelo para demostrar que los materiales de electrodos con propiedades NTE pueden proporcionar un buen rendimiento a bajas temperaturas.
El análisis de la estructura cristalina reveló una red tridimensional de TiO6 octaedros y PO4 Tetraedros con una estructura abierta y flexible que contiene tanto “cavidades” como “canales” que pueden contener iones de litio. Al enfriarse, la estructura se expande a lo largo de uno de sus ejes cristalinos. Utilizando análisis espectrométricos y de microscopía electrónica combinados con modelos informáticos, el equipo determinó que los modos de vibración de los átomos cambian a bajas temperaturas. Aumenta la aparición de vibraciones transversales especiales de ciertos átomos de oxígeno, aumenta su distancia entre sí y amplía las cavidades de la red. Esto facilita el almacenamiento y transporte de iones de litio. A -10 °C, su tasa de proliferación sigue siendo el 84% del valor obtenido a 25 °C. Las pruebas electroquímicas en LTP recubiertas de carbono a -10 °C también muestran un buen rendimiento electroquímico con alta capacidad y alta velocidad, así como retención de capacidad durante 1000 ciclos de carga/descarga.
Los materiales con expansión térmica negativa son muy prometedores para su uso como material de electrodos en baterías de iones de litio en ambientes fríos.