Los cátodos a base de níquel pueden allanar un camino hacia las baterías de vehículos eléctricos más seguros y de alta energía

El papel de níquel en el futuro de las baterías de vehículos eléctricos es claro: es más abundante y más fácil de obtener que el cobalto ampliamente utilizado, y su mayor densidad de energía significa distancias de conducción más largas entre las cargas.

Sin embargo, el níquel es menos estable que otros materiales con respecto a la vida del ciclo, estabilidad térmicay seguridad. Investigadores de la Universidad de Texas en el Laboratorio Nacional de Austin y Argonne tienen como objetivo cambiar eso con un nuevo estudio que se sumerge profundamente en cátodos a base de níquel, uno de los dos electrodos que facilita almacenamiento de energía en baterías.

“Los cátodos de alto níquel tienen el potencial de revolucionar el mercado de EV al proporcionar rangos de conducción más largos”, dijo Arumugam Manthiram, profesor del Departamento de Ingeniería Mecánica de Walker y el Instituto de Materiales de Texas y uno de los líderes del estudio publicado en Energía de la naturaleza.

“Nuestro estudio proporciona un análisis exhaustivo de su estabilidad térmica, que es crucial para desarrollar baterías más seguras”.

El equipo de investigación realizó más de 500 mediciones en 15 materiales de cátodo de alto níquel. Descubrieron que cada cátodo tiene un estado crítico de carga que define su límite de operación seguro. La resistencia de los enlaces de oxígeno metálico y la reactividad superficial influyen en este estado crucial.

Una vez que el material excede este límite, la inestabilidad se arrastra. Eso puede desencadenar la condición catastrófica de la fugación térmica, cuando el aumento de la temperatura libera energía que calienta aún más la batería, aumentando sustancialmente el riesgo de falla y/o incendios.

Como parte de este proyecto, los investigadores desarrollaron un índice de estabilidad térmica, cuantificando cómo reacciona el material durante el fugitivo térmico. Los factores que influyen en la estabilidad térmica del cátodo incluyen cátodo Composición, química de la superficie, contenido de níquel y tamaño de cristal.

Esta investigación tiene implicaciones de largo alcance, ofreciendo un camino hacia las baterías más seguras y eficientes que pueden respaldar la creciente demanda de vehículos eléctricos. A medida que el mundo se mueve hacia las soluciones de energía más limpias, estos avances son cruciales para hacer que los EV sean más viables y atractivos para los consumidores.

“Nuestro trabajo proporciona una hoja de ruta para que la industria lo siga, asegurando que la alta densidad de energía de estos cátodos no tenga costo de seguridad”, dijo Zehao Cui, asociado de investigación en el grupo de Manthiram.

Los investigadores continuarán su trabajo sobre estabilidad térmica y cátodos. A continuación, traerán electrolitos a la ecuación.

Los electrolitos son los componentes químicos, a menudo a base de líquido, que transportan los iones de transporte de carga de un lado a otro. Habilitan la funcionalidad de carga y descarga de la batería, y garantizar interacciones confiables entre electrolitos y cátodos es fundamental para mejorar la seguridad de la batería.