El óxido de litio hace puertas altas para puertas de fabricación de baterías baratas y rápidas

Una sal de litio común ha revelado nuevas posibilidades para la fabricación de materiales de batería económicos y duraderos.

El centro de búsqueda en la pronunciación, un proceso comúnmente conocido desde el cual, en las condiciones correctas, un sólido se convierte directamente en un vapor. El proceso de altura es uno que hace la cola de un cometa porque sopla del sol. Como la carcasa helada del cometa está caliente, el hielo inmediatamente vapor, en lugar de derretirse en agua líquida.

Ahora, los científicos del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico del Departamento de Energía de los Estados Unidos han sacado una página del libro de jugadas de la naturaleza. En una nueva búsqueda Publicado En Energía de la naturalezaEl equipo liderado por PNNL mostró que el vapor del óxido de litio (Li)₂O) La acción de la alta formación acelera una reacción química que forma un solo cristal cuando se mezcla con precursores ricos en níquel. Además, la acción de alcanzar el alto es solo bajo la presión de un entorno, la presión cotidiana se siente en el nivel del mar. Se considera que el contenido de batería de cristal único ayuda a la batería a durar mucho.

"La búsqueda ofrece un iones de litio potencialmente rápidos, más eficientes y ricos en níquel para aumentar la fabricación de baterías de iones de litio", dijo Jayo, dijo Jiao, coguionista en papel y un compañero de batalla que hace una cita conjunta con la Universidad PNNL y Washington. En la UW, el Jio es profesor de la Universidad de Boeing Martin en el Departamento de Ingeniería Mecánica.

"La investigación nos muestra cómo se puede aplicar la ciencia material para simplificar el proceso de fabricación", continuó Jio.

Promesa de níquel

Crear material para la batería es un poco como hornear: mezcle el material correcto, aplique calor y produzca algo nuevo. Para las baterías, los investigadores cazaron materiales para crear electrodos positivos y negativos de baterías (a veces denominados cátodo y ánodo, respectivamente). Los electrodos positivos funcionan aceptando iones y electrones, lo que crea corriente eléctrica que fortalece dispositivos como linterna, computadora portátil, teléfono celular o incluso automóviles y centros de datos.

A medida que aumenta la demanda de un equipo de batería recargable, los científicos buscan constantemente materiales que puedan almacenar más energía y vivir más tiempo. El iones de litio tradicionales está limitado por el costo de la batería y cuánta energía pueden captar, dijo Jio. Para reducir el costo, el níquel y el manganeso baratos a menudo se mezclan con el contenido de batería con cobalto.

Recientemente, los investigadores, incluido el equipo PNNL de Jio, están estudiando cómo costar aún más níquel en el cátodo de la batería. El níquel puede almacenar más energía que el cobalto, por lo que el aumento en el níquel en la batería de iones de litio hace que el material sea más rentable. El níquel también puede ayudar a reducir el costo de aumentar la construcción del cátodo.

Pero a pesar de sus beneficios, trabajar con Nickel todavía presenta un desafío, dijo Jio. El paquete de material de cátodo de litio rico en níquel con chispas de chocolate se forma en forma de una galleta conocida como "Policristal". Los límites entre los cristales, como el límite entre las galletas y las chispas de chocolate, se debilitan como descarga de batería y carga. Con el tiempo, estas debilidades causan grietas, lo que degrada la batería y acorta su vida útil.

Ziao dijo: "Se puede imaginar que todas esas partículas pequeñas se mezclan, y son empujadas y tiradas como una carga y descarga de la batería". "El movimiento puede causar grietas, lo que debilita la batería".

En los últimos cinco años, Jio y sus colegas han estado buscando materiales que creen estructuras individuales como una galleta de chocolate. El chocolate está quieto, pero está igualmente distribuido en lugar de estar lleno en el grupo a través de la galleta.

Ziao dijo: "El cátodo de cristal único no tiene debilidades derivadas de estructuras policristales". "Entonces, esperamos que se reduzcan los cristales individuales y, finalmente, el cátodo rico en níquel elimine todos los principales desafíos en el material".

Misterio de Alteza

Con los años, el equipo de Jio ha estado buscando varias sales de litio suministradas por el socio de la industria Albamarley Corporation. Mezclar estos materiales salados con pronósticos ricos en níquel, o agregar precursores produce materiales de cátodo. Uno de los métodos de producción más comunes es derretir la sal de litio, que luego reacciona con un precursor rico en níquel. Para este proceso, los investigadores han preferido el hidróxido de litio (LIOH) porque tiene un punto de fusión bajo.

En cambio,₂O tiene un alto punto de fusión a 1.438 ° C, por lo que rara vez se usa para la síntesis de contenido de cátodo. Pero cuando se usa con Lee₂En o pnnl el contenido de Xiao en el laboratorio síntesiano, alguna sorpresa: cuando una combinación de un rico pionero con Lee₂O A temperaturas de alrededor de 900 ° C, se forma fácilmente el material de cátodo de cristal único.

Jio y sus colegas repitieron la respuesta repetidamente, tratando de encontrar el tantra. Finalmente, recurrió a su socio de la industria Thermo Fisher Scientific, quien estudió la respuesta bajo un dispositivo llamado microctor. Con esos comentarios y un experimento recientemente diseñado, el equipo pudo revelar el fenómeno de llegar con éxito.

"Estamos entusiasmados de registrar la respuesta entre Lee₂El antebrazo en el O y el microscopio ", dijo Libor Novak, inventor del microer en Thermo Fisher Scientific.

Una nueva investigación confirma que Tantra está impulsado por Lee₂O Latersión. En el paisaje para hornear, será como una combinación de harina de galletas con chocolate evaporado. Cuando cortas la galleta por la mitad, no hay parte del chocolate, solo una galleta de chocolate que no tiene límite separado.

"El vapor puede penetrar en todas partes, correctamente y reaccionar a los poros o superficies de otros antebrazos", dijo Jio. "Los cristales individuales crean muy rápido en presencia de esos vapores".

El equipo implementó Lee₂El acento O directamente para convertir el Policristal gastado en cristal único a través de un proceso de mezcla y calentamiento directamente. La formación exitosa de un nuevo cristal único muestra que Lee₂O El gasto de sal o el proceso de reciclaje de residuos policristales se simplifica significativamente. Para esos restos, especialmente de la línea de producción, pueden "rehacer" rápidamente en un cristal único de alto rendimiento por este componente de sal, dijo Jio.

Lo que es más, los nuevos cristales individuales, ya sea de los precrindadores frescos o de los policristales, dejan una bicicleta de carga/descarga, lo que significa que pueden permanecer estables durante mucho tiempo.

Bencia potencial para la construcción

Con ahorro de tiempo y energía, así como un alto rendimiento de Lee₂El cristal único O-Analogoso, proporciona una nueva forma para la construcción del cristal único de búsqueda. Sin embargo, el equipo tiene más trabajo para trabajar antes de la producción de cualquier batería, dijo Jio. Porque Li₂O En términos generales, el material no se usa para la síntesis, el costo de usarlo comercialmente es actualmente muy alto. Sin embargo, Jio dijo que Lee₂O se fabrica fácilmente procesando otras sales de litio, como Leo.

Con los socios de la industria, Jio y su equipo ahora están trabajando para aumentar el proceso con bajos costos de fabricación. El equipo espera proporcionar cristales individuales a sus socios estratégicos en 2026.