Las baterías de iones de litio se volvieron esenciales para nuestra vida diaria
Jul 06, 2021
Desde 1990, las baterías de iones de litio se han vuelto esenciales para nuestra vida diaria y el alcance de sus aplicaciones se está expandiendo actualmente desde dispositivos electrónicos móviles hasta vehículos eléctricos, herramientas eléctricas y almacenamiento estacionario en redes eléctricas. El mercado cada vez mayor de productos electrónicos portátiles y las nuevas demandas del mercado del transporte y el almacenamiento estacionario requieren celdas con mayor densidad de energía, densidad de potencia, ciclabilidad y seguridad. En definitiva, para conseguir un mejor rendimiento. Estas nuevas necesidades han impulsado la investigación y optimización de nuevos materiales para baterías de Li-ion.
Fig. 1. Número de publicaciones científicas sobre el material LiFePO4 en los últimos 40 años. Fuente: Scifinder Scholar™ 2007.
El objetivo de este trabajo es mostrar la evolución de los métodos de preparación química utilizados para sintetizar nuevos materiales electroactivos o mejorar el rendimiento electroquímico de los existentes, y comparar la mejora del rendimiento lograda por los nuevos.
procesamiento de materiales. De esta forma, se analizarán los métodos de síntesis de varios materiales electródicos para baterías de Liion. Se describirán principalmente materiales catódicos, tales como óxidos en capas derivados de derivados de espinela LiCoO2 o LiMn2O4. La olivina LiFePO4 fase, un material que, además de tener el voltaje adecuado para presentar atributos de seguridad, está fabricado con elementos abundantes y de bajo costo, será especialmente destacado por su extraordinaria importancia en los últimos años (figura 1).
En los últimos años, la nanociencia ha irrumpido con fuerza en el campo de los materiales para baterías. No sólo se mejoró significativamente el rendimiento de materiales previamente conocidos mediante la nanodispersión y la nanoestructuración, sino que también han surgido nuevos materiales y reacciones electroquímicas. Así, la fabricación de electrodos nanoestructurados se ha convertido en uno de los principales objetivos en materiales para baterías.
Primero, el tamaño pequeño y la gran superficie de los nanomateriales proporcionan una mayor área de contacto entre el material del electrodo y el electrolito. En segundo lugar, se acorta la distancia que los iones de Li tienen para difundirse a través del electrodo. Por lo tanto, se puede esperar una capacidad de carga/descarga más rápida, es decir, una capacidad de velocidad más alta, para los electrodos nanoestructurados. Para partículas muy pequeñas, los potenciales químicos de los iones de litio y los electrones pueden modificarse, lo que da como resultado un cambio en el potencial del electrodo. Además, el rango de composición en el que existen soluciones sólidas suele ser más amplio para las nanopartículas, y la tensión asociada con la intercalación suele adaptarse mejor. Además, en los electrodos nanoestructurados han aparecido incluso nuevas reacciones electroquímicas, como las reacciones de conversión de ánodos. Así, la morfología y el tamaño de los materiales de los electrodos se han convertido en un factor clave para su rendimiento y los procesos de síntesis han evolucionado hacia materiales con nanoarquitectura.
Este capítulo proporcionará una descripción general de los métodos de síntesis más utilizados desde el comienzo de la investigación principal sobre baterías de iones de litio hasta los más nuevos. Se discutirá la evolución del rendimiento de los materiales debido a los nuevos sistemas de procesamiento.
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