Dado que las baterías de iones de litio se han convertido en una parte omnipresente de nuestras vidas a través de su uso en electrónica de consumo, automóviles e instalaciones de almacenamiento de electricidad, los investigadores han estado trabajando para mejorar su potencia, eficiencia y longevidad.

Como se detalla en un artículo publicado hoy en Nature Materials, los científicos de la Universidad de California, Irvine y el Laboratorio Nacional de Brookhaven realizaron un examen detallado de los cátodos en capas con alto contenido de níquel, considerados componentes prometedores en las baterías de próxima generación. La microscopía electrónica de superresolución combinada con el aprendizaje automático profundo permitió al equipo dirigido por la UCI descifrar cambios minuciosos en la interfaz de los materiales intercalados en las baterías de iones de litio.

« Estamos particularmente interesados ​​en el níquel, ya que puede ayudarnos a alejarnos del cobalto como material de cátodo », dijo el coautor Huolin Xin, profesor de física y astronomía de la UCI. « El cobalto es tóxico, por lo que es peligroso extraerlo y manipularlo, y a menudo se extrae en condiciones socialmente represivas en lugares como la República Democrática del Congo ».

Pero para que el cambio se realice por completo, los desarrolladores de baterías deben saber qué sucede dentro de las celdas a medida que se descargan y recargan repetidamente. Se ha descubierto que la alta densidad de energía de las baterías de iones de litio con capas de níquel provoca una rápida descomposición química y mecánica de los materiales que componen las LIB.

El equipo utilizó un microscopio electrónico de transmisión y simulaciones atomísticas para aprender cómo las transiciones de fase de oxidación afectan los materiales de la batería, causando imperfecciones en una superficie bastante uniforme.

« Este proyecto, que se basó en gran medida en algunas de las tecnologías de microscopía más poderosas del mundo y enfoques avanzados de ciencia de datos, despeja el camino para la optimización de las baterías de iones de litio con alto contenido de níquel », dijo Xin. « Saber cómo funcionan estas baterías a escala atómica ayudará a los ingenieros a desarrollar LIB con ciclos de vida y energía muy mejorados ».

Financiado por el Departamento de Energía de EE. UU. el proyecto se basó en las instalaciones del Laboratorio Nacional Brookhaven en Upton, Nueva York, y el Instituto de Investigación de Materiales de UC Irvine. Los coautores del artículo incluyeron a Chunyang Wang, becario postdoctoral de UCI en física y astronomía; Tianjiao Lei, becario postdoctoral de la UCI en ciencia e ingeniería de materiales; y Kim Kisslinger y Xulong Wang del Laboratorio Nacional de Brookhaven.