Reacciones topotácticas en tándem para la síntesis a baja temperatura de óxidos en capas ricos en níquel sin defectos...

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La electroquímica
• Almacenamiento de energía

Sus antecedentes:

• Los óxidos en capas ricos en Ni (LiNi_xCoyMn_zO₂, x > 0,6) son cruciales para el transporte eléctrico debido a su alta densidad de energía (>700 Wh/kg).
• La síntesis convencional requiere altas temperaturas (>700 °C) y largas duraciones (∼10 h), lo que lleva a un alto consumo de energía y desafíos de control de la síntesis.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar una vía de síntesis a baja temperatura para cátodos ricos en Ni.
• Reducir el consumo de energía y los costes asociados a la producción de material de cátodo.
• Para mantener la integridad estructural durante la síntesis para mejorar el rendimiento.

Principales métodos:

• Se diseñó una ruta de transición de fase topotáctica en tándem de dos pasos para la síntesis a baja temperatura.
• Para estudiar las transiciones de fase se utilizó la dispersión de rayos X con resolución de temperatura y la espectroscopia ex situ.
• El proceso implica la desprotonación topotáctica de un precursor de hidróxido en capas seguido de la litiación topotáctica.

Principales resultados:

• Los cátodos ricos en Ni se sintetizaron con éxito a una temperatura baja de 150 °C.
• El consumo de energía se redujo en un 57% en comparación con los métodos convencionales.
• Los cátodos sintetizados mostraron una actividad electroquímica comparable y una estabilidad de ciclo mejorada (~80% después de 500 ciclos).

Conclusiones:

• La ruta topotáctica conserva el marco en capas, a diferencia de los métodos convencionales que implican la destrucción-reconstrucción.
• Esta metodología permite la producción rentable y respetuosa con el medio ambiente de materiales de cátodo ricos en Ni de alto rendimiento.
• El estudio sienta las bases para la fabricación a escala industrial de materiales avanzados para baterías.