Un equipo de investigación dirigido por el Prof. Jihyun Hong del Departamento de Ingeniería de Baterías del Instituto de Posgrado de Tecnología de Materiales Ferrosos y Ecológicos de POSTECH, el Dr. Gukhun, junto con Lim, desarrolló una técnica innovadora para aumentar la estabilidad de los óxidos en capas ricos en litio. (LLO), el material catódico de próxima generación para baterías de iones de litio (LIB). El avance, que prolonga significativamente la vida útil de la batería, se publicó en la revista Energy Ciencias Energéticas y Ambientales.
Las baterías de iones de litio son esenciales en aplicaciones como vehículos eléctricos y sistemas de almacenamiento de energía (ESS). El material de óxido en capas rico en litio (LLO) proporciona una densidad de energía un 20% mayor que los cátodos convencionales a base de níquel al reducir el contenido de níquel y cobalto al tiempo que aumenta la composición de litio y manganeso. Como alternativa más económica y sostenible, LLO ha ganado una atención significativa. Sin embargo, desafíos como la pérdida de energía y la caída de voltaje durante los ciclos de carga y descarga han obstaculizado su viabilidad comercial.
Aunque estudios anteriores han identificado cambios estructurales en el cátodo durante el ciclo como la causa de este problema, las razones exactas detrás de la inestabilidad siguen sin estar claras. Además, las estrategias existentes destinadas a mejorar la estabilidad estructural de LLO no han logrado abordar la causa fundamental, lo que obstaculiza la comercialización.
El equipo de POSTECH se centró en el papel clave de la liberación de oxígeno en la desestabilización de la estructura LLO durante el proceso de carga-descarga. Plantearon la hipótesis de que mejorar la estabilidad química de la interfaz entre el cátodo y el electrolito podría evitar la liberación de oxígeno. Basándose en este concepto, fortalecieron la interfaz cátodo-electrolito mejorando la composición del electrolito, lo que resultó en una reducción significativa de las emisiones de oxígeno.
El electrolito mejorado del equipo de investigación mantuvo una impresionante tasa de retención de energía del 84,3 % después de 700 ciclos de carga y descarga, una mejora significativa con respecto a los electrolitos convencionales, que lograron una tasa de retención de energía promedio del 37,1 % después de 300 ciclos.
El estudio también reveló que los cambios estructurales de la superficie del material LLO tuvieron un efecto significativo en la estabilidad general del material. Al abordar estos cambios, el equipo pudo mejorar drásticamente la vida útil y el rendimiento del cátodo y, al mismo tiempo, reducir reacciones no deseadas como la descomposición del electrolito dentro de la batería.
El profesor Jihyun Hong comentó: “Usando radiación sincrotrón, pudimos analizar las diferencias químicas y estructurales entre la superficie y el interior de las partículas del cátodo. Esto reveló que la estabilidad de la superficie del cátodo es crucial para la integridad estructural general del material. Y creemos que esta investigación es el siguiente paso.” La generación proporcionará nuevas direcciones para el desarrollo de materiales catódicos”.
Esta investigación fue apoyada por el Ministerio de Comercio, Industria y Energía a través del Instituto Coreano para el Avance de la Tecnología y el Ministerio de Ciencia y TIC a través de la Fundación Nacional de Investigación de Corea para el año 2024.