Desarrollo de heteroestructura "capa-espinela" como promisorio material de cátodo para baterías de Ion Litio de alta estabilidad

Abstract

RESUMEN: La demanda de baterías ion-Li de alta capacidad ha aumentado, principalmente por la necesidad de poner en funcionamiento vehículos eléctricos con alta autonomía. No obstante, aún están en desarrollo por las limitaciones que presenta el cátodo. En este sentido, el interés en el desarrollo de nuevos materiales que permitan mejorar la capacidad especifica inicial y estabilidad de ciclado, a partir de rutas de síntesis más eficientes y amigables. Para ello, se diseñó la heteroestructura “capa-espinela” a partir de la fase espinela Li1-xMn2-yO4 modificada con Ti4+ para reducir los inconvenientes asociados al efecto Jahn-Teller [1,2]. Como a su vez, la incorporación de Na+ en la estructura tipo capa, con la finalidad de generar un efecto tipo ancla que permita estabilizar la fase cristalina y favorecer los procesos de difusión de los iones de Li+ (1D) [3]. El objetivo de este trabajo se enmarca en estudiar el efecto de la incorporacion de Na+ y Ti4+ en la heteroestructura “capa – espinela” x Li1-yNayM1-zTizO2 (1-x) LiM2-wTiwO4 mediante calentamiento por microondas y evaluar su desempeño electroquímico como material activo de cátodo en baterías de Ion-Li. La heteroestructura fue preparada exitosamente mediante calentamiento por microondas. Los análisis de DRX y TEM confirmaron la coexistencia de las fases. Los ensayos de carga/descarga realizados entre 4.8 - 1.5V vs. Li|Li+ a una corriente de 300 mAg-1 (1CR) mostró que la composición Li0.9Na0.1V0.5Ni0.47Ti0.03O2 LiVTiO4 (98:2) presentó una capacidad especifica de descarga inicial de 120 mAhg-1 y una retención de la capacidad (>90% después de 25 ciclos) con respecto a la espinela de V-Ti y la capa de Na0.1. Los resultados indican que se logró la formación de la heteroestructura mediante microondas sin evidenciar cambios estructurales en el material; Como a su vez, la incorporación de Na+ y Ti4+ mejora el rendimiento de ciclado.