Aplicación de materiales de manganeso en baterías de iones de litio.

Investigadores estadounidenses han creado una batería de iones de litio que utiliza manganeso como material de electrodo negativo en lugar del cobalto o níquel tradicionales. Este trabajo proporciona una alternativa económica y rica a estos recursos cada vez más caros y limitados, proporcionando una forma de satisfacer la creciente demanda de almacenamiento de energía de iones de litio.

La mayoría de los materiales del ánodo de las baterías de iones de litio dependen del cobalto o el níquel porque tienden a mantener la estructura en capas y ordenada. Pero en 2014, un equipo del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT), dirigido por GerbrandCeder, demostró que las baterías de iones de litio con estructuras desordenadas pueden funcionar, siempre que sean ricas en litio, puedan probar otras nuevas y tal vez mejores. , materiales. .

Ceder y sus colegas de la Universidad de California y el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley han desarrollado ahora baterías de iones de litio con ánodos desordenados a base de manganeso y han demostrado que pueden almacenar más energía que el cobalto o el níquel. "Nuestra idea es que si podemos hacer un electrodo negativo y no nos importa la delaminación, podemos usar una gama más amplia de metales", dijo Jinhyuk Lee, autor principal del Instituto de Tecnología de Massachusetts. “Decidimos comprar manganeso porque es uno de los metales más baratos”.

El manganeso se ha utilizado en ánodos de baterías de iones de litio en niveles convencionales, pero como un metal estable, casi no hay almacenamiento electrónico involucrado. Los intentos recientes de hacer que el electrodo negativo esté completamente hecho de manganeso desordenado y otros óxidos metálicos han sido limitados porque se vuelven inestables cuando los iones de litio se mueven del electrodo negativo al ánodo a base de litio durante la carga y debido a la actividad redox excesiva y la capacidad perdida.

Para reducir esta actividad y obtener ánodos de óxido de manganeso de alta capacidad, el equipo de Ceder encontró una forma de intercambiar manganeso por dos electrones, lo que se hizo con un ánodo a base de níquel de alta capacidad en lugar de uno. Esto implica reducir la valencia de manganeso a Mn2 + reemplazando algunos de los oxianiones con aniones de fluoruro de baja valencia mientras se intercambian algunos de los cationes de manganeso con iones de cerio y titanio de alta valencia. Esto significa que los iones de manganeso pueden sufrir una doble reacción redox, de Mn2 + a Mn4 +, lo que permite que la mayoría de los iones de litio se muevan del electrodo negativo al electrodo positivo de litio sin volverse inestables.

“Los resultados de nuestra [prueba de ciclo de batería] a escala de laboratorio muestran que nuestro electrodo negativo tiene una densidad de energía más alta (1000Wh / kg) que el electrodo negativo existente (600-700Wh / kg)”, dijo Ceder. "Pero nuestros datos aún no han alcanzado la escala comercial, por lo que nuestros materiales deben probarse y optimizarse más".

“ Aunque las aplicaciones prácticas requieren más mejoras en la estabilidad del ciclo, la estrategia reportada es muy prometedora y puede explorarse ampliamente para una variedad de cationes de alto precio”, comentó GlebYushin, quien encuestó al almacén de energía del Instituto de Tecnología de Georgia. "La necesidad de reducir el voltaje de la batería a niveles muy bajos puede presentar obstáculos para que la tecnología informada se aplique a los dispositivos electrónicos, pero esto no es un gran problema para las aplicaciones automotrices".

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