La doctora Lucía Barbosa publica artículo de investigación en revista de la Sociedad Científica del Reino Unido

El artículo publicado en "The Journal of Materials Chemistry A" presenta una innovación en la  tecnología de baterías de ión-litio.

La doctora Lucía Barbosa investigadora del INTEQUI (Instituto de Investigaciones en Tecnología Química) es co-autora de un artículo científico publicado en la reconocida revista The Journal of Materials Chemistry A, perteneciente a la Royal Society of Chemistry,  sociedad científica del Reino Unido que tiene como  finalidad fomentar las ciencias químicas. El trabajo presenta una innovación en la  tecnología de baterías, al  desarrollar un enfoque novedoso para mejorar el rendimiento de las baterías de ion litio, utilizando cloro como agente oxidante.

Descripción

Título

Síntesis de espinela de LiMn2O4 deficiente en Mn asistida por cloro con ultracapacidad y larga duración en configuraciones tanto de celda completa como de semicelda para baterías de ion litio.

Autoría

F. Luna-Lama (a) , L. Barbosa (b), A. Y. Tesio (a-c) , A. Caballero (a)  and J. Morales (a)

(a) Departamento de Química Inorgánica e Ingeniería Química, Instituto Químico de la Energía y el Medioambiente (IQUEMA), Universidad de Córdoba, 14014, Córdoba, Spain. E-mail: iq1mopaj@uco.es; Tel: +34-957218620.

(b) Instituto de Investigaciones en Tecnología Química (CONICET), Facultad de Química, Bioquímica y Farmacia (UNSL), Almirante Brown 1455, San Luis, D5700HGC, Argentina.

(c) Centro de Investigación y Desarrollo en Materiales Avanzados y Almacenamiento de Energía de Jujuy (CIDMEJu), Centro de Desarrollo Tecnológico General Manuel Savio, Palpalá, Jujuy, 4612, Argentina.

Resumen de divulgación

Innovación en tecnología de baterías: Se ha desarrollado un enfoque novedoso para mejorar el rendimiento de las baterías de ion litio, utilizando cloro como agente oxidante.

Superación de desafíos con el manganeso: El tratamiento con cloro aborda eficazmente los problemas asociados con los iones de manganeso (Mn3+), mejorando la estabilidad y durabilidad de las baterías sin comprometer su estructura.

Mejoras significativas en el rendimiento: Las baterías tratadas exhiben una capacidad mejorada de carga y descarga, así como una mayor estabilidad a largo plazo, lo que las hace más eficientes y duraderas.

Potencial para aplicaciones prácticas: Estos avances representan un paso importante hacia la creación de baterías más eficientes y sostenibles, con posibles aplicaciones en dispositivos electrónicos y almacenamiento de energía renovable en el futuro cercano.

Resumen gráfico

Resumen científico

Se propone una ruta diferente para reducir el contenido de Mn3+ en la espinela LiMn2O4. Los iones de manganeso son responsables tanto de la distorsión Jahn–Teller como de la disolución de Mn en el electrolito, los principales causantes de la baja estabilidad en el ciclado y “rate capability” limitada. Para esto, se utilizó Cl2 como agente oxidante para promover la oxidación parcial de Mn3+ sin destruir la estructura de espinela. El patrón de difracción de rayos X (XRD) registrado con Mo Ka1 confirmó la formación de una espinela defectuosa en Mn, con estequiometría Li1.06Mn1.94O4.

Las vacantes de Mn estaban ocupadas por exceso de Li junto con la presencia de una fase de Li2MnO3 en capas como impureza. Al combinar imágenes de SEM y espectros de EDX, fue posible diferenciar ambos componentes como fases independientes con morfologías diferentes. La espinela muestra una “rate capability” notable en la configuración de semicelda desde 1C hasta 50C, entregando una capacidad promedio de 130 a 96 mA h g−1, respectivamente. Además, tiene una excelente estabilidad en el ciclado, como lo revelan los valores de retención de capacidad, entre el 98–96% desde 0.5 (500 ciclos) hasta 10C (1000 ciclos), manteniendo valores de capacidad altos, desde 138 hasta 127 mA h g−1, respectivamente. Además, puede suministrar una alta potencia, 26196 W kg−1, con una energía alta de 322 W h kg−1.

Hasta donde sabemos, nuestra espinela ofrece la energía específica más alta para los valores de potencia más bajos reportados hasta el momento. Estas excelentes propiedades pueden atribuirse tanto a la deficiencia de Mn, que disminuye Mn3+, como a las buenas propiedades de transporte obtenidas de las técnicas CV y EIS. La deficiencia de Mn, junto con la alta cristalinidad y el tamaño micrométrico de partículas, mitigaría la disolución de Mn y mejoraría la estabilidad de la estructura.

Por otro lado, las velocidades que soporta el electrodo pueden atribuirse a los altos valores del coeficiente de difusión de Li+ en las diferentes etapas del proceso, alrededor de 4 × 10−10 cm2 s−1. Además, la espinela proporciona un rendimiento satisfactorio en celdas completas utilizando MCMB como ánodo y una relación positivo/negativo cercana a 1 sin necesidad de un proceso de prelitiación. Por lo tanto, para valores de potencia de 10567 W kg−1, suministró una energía de 196 W h kg−1.

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