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Cerdanyola del Vallès, 7 de septiembre de 2022. Las baterías de los coches eléctricos no han alcanzado todavía un precio competitivo en comparación a los coches de combustión. Esto se debe principalmente al incremento en el coste de las materias primas que se utilizan para producir los cátodos de las baterías. A la hora de buscar materiales para cátodos de bajo precio, la investigación en métodos de fabricación más eficientes es clave.
Una investigación liderada por la compañía BASF, en colaboración con diversas universidades y centros de investigación alemanes, ha estudiado cómo optimizar el proceso de producción convencional utilizado para los materiales de cátodo ricos en níquel, presentes en las baterías de iones de litio. Se trata de un proceso térmico llamado calcinación. Más concretamente, el equipo de investigación quería comprender en profundidad el mecanismo de litiación (adición de litio) en sí mismo. Además, se buscaba conocer si un proceso de calcinación en dos pasos, incluyendo un paso de litiación parcial, se puede utilizar para sintetizar materiales para cátodo con propiedades similares a las de aquellos obtenidos con un protocolo de calcinación convencional, de un solo paso.
El concepto de calcinación propuesto lleva a un incremento del rendimiento en un factor de tres, incrementando así la eficiencia en la producción de los futuros materiales para cátodo, pero manteniendo sus propiedades fisicoquímicas y su comportamiento electroquímico. Además, se cree que se obtendrán otras ventajas añadidas a raíz de utilizar este proceso de litiación para la síntesis de este tipo de materiales, como son una mejora en la homogeneidad de la composición y el tamaño de los granos o cristalitos. Para confirmar estas ventajas será necesario investigar cantidades de muestras a gran escala, lo formará parte de trabajos futuros.
Para caracterizar las muestras en profundidad tras el paso de litiación parcial, se llevaron a cabo medidas de difracción de polvo de rayos-X de sincrotrón (XRD, por sus siglas en inglés) en la línea de luz MSPD del Sincrotrón ALBA. Esta es la primera vez que se reporta la composición de los residuos con litio en forma de aguja, hecho indicativo de una reacción incompleta. Gracias a la combinación de XRD y otras técnicas de caracterización se pudo confirmar la presencia de hidróxido de litio en las muestras preparadas con el método convencional pero no así en las muestras obtenidas con la nueva metodología, basada en dos pasos.
Estos resultados forman parte de una larga colaboración con BASF. En 2021 ya se publicó un artículo que contenía datos obtenidos en ALBA.
Los experimentos que se llevaron a cabo en el Sincrotrón ALBA tuvieron lugar gracias al acceso industrial de ALBA. El acceso industrial a las técnicas de ALBA aporta ventajas de utilidad para las empresas e industrias tales como un tiempo de acceso más rápido, un apoyo científico y administrativo más amplio y confidencialidad en los resultados (en comparación al acceso académico). Las técnicas disponibles en ALBA ofrecen resultados excepcionales que no es posible obtener con otros equipamientos y que pueden ayudar a impulsar la competitividad de una empresa.
Referencia: Philipp Kurzhals, Felix Riewald, Matteo Bianchini, Shamail Ahmed, Andreas Michael Kern, Felix Walther, Heino Sommer, Kerstin Volz, and Jürgen Janek. Deeper Understanding of the Lithiation Reaction during the Synthesis of LiNiO2 Towards an Increased Production Throughput. J. Electrochem. Soc (2022). DOI: 10.1149/1945-7111/ac6c0b
Artículo anterior: Philipp Kurzhals, Felix Riewald, Matteo Bianchini, Heino Sommer, Hubert A. Gasteiger, and Jürgen Janek. The LiNiO2 Cathode Active Material: A Comprehensive Study of Calcination Conditions and their Correlation with Physicochemical Properties. Part I. Structural Chemistry. J. Electrochem. Soc (2021). DOI: 10.1149/1945-7111/ac33e5
Con la colaboración de la Fundación Española para la Ciencia y la Tecnología. El Sincrotrón ALBA forma parte de la red de Unidades de Cultura Científica y de la Innovación (UCC+i) de la Fundación Española para la Ciencia y la Tecnología (FECYT) y ha recibido apoyo a través del proyecto FCT-21-17088.
