Del fracaso al diseño: Modulación de las transiciones de fase y la liberación de oxígeno en cátodos ricos en Ni

Área de la Ciencia:

• Ciencia de los materiales
• Electroquímica
• Tecnología de baterías

Sus antecedentes:

• Los óxidos laminares ricos en níquel (LiNi$_{x}$Co$_{y}$Mn$_{z}$O$_{2}$) son clave para las baterías de iones de litio (LIB) de alta densidad energética.
• La inestabilidad estructural, las transiciones de fase y las vacantes de oxígeno (OV) tradicionalmente dificultan su comercialización debido a la disminución de la capacidad y la caída del voltaje.
• Las estrategias actuales se centran en suprimir estas características perjudiciales.

Objetivo del estudio:

• Presentar un cambio de paradigma en la comprensión y utilización de las características estructurales en cátodos ricos en níquel.
• Explorar los roles duales de los dominios de espinela localizados y las vacantes de oxígeno en la mejora del rendimiento de la batería.
• Resumir estrategias avanzadas para la manipulación precisa de las transiciones de fase y la química de los defectos.

Principales métodos:

• Revisión de estrategias convencionales y avanzadas para la estabilización de materiales catódicos.
• Análisis de los roles de los dominios de espinela localizados y las vacantes de oxígeno.
• Énfasis en la caracterización avanzada (in situ/operando), la modelización computacional y el aprendizaje automático.

Principales resultados:

• Los dominios de espinela localizados mejoran la difusión de Li$^{+}$ y amortiguan el estrés.
• Las vacantes de oxígeno reguladas mejoran la cinética electroquímica y la robustez estructural.
• Las estrategias avanzadas permiten un control preciso sobre las transiciones de fase y la química de los defectos.

Conclusiones:

• La utilización controlada de las características estructurales, en lugar de la supresión, ofrece una nueva vía para estabilizar los cátodos ricos en níquel.
• La integración de la caracterización avanzada, la modelización y el aprendizaje automático es crucial para el diseño racional de cátodos.
• Este enfoque aborda las compensaciones entre la densidad de energía, la vida útil del ciclo y la seguridad en las LIB de próxima generación.