Un equipo de investigación del Centro de Energía Skoltech, dirigido por el distinguido profesor y director del centro Artem Abakumov, consiguió unpatentarpara materiales catódicos de alta capacidad en baterías de iones de litio fabricadas a partir de óxidos de metales de transición ricos en níquel en capas, así como un nuevo enfoque hidrotermal asistido por microondas para su producción.

El nuevo método es más rápido y más barato, y elmaterial del cátododurará aproximadamente un 10% más que los disponibles en el mercado.La tecnología ayudará a desarrollar más eficazmente el transporte eléctrico en Rusia.

ApapelLa presentación de los resultados se publica en elRevista de fuentes de energía.

"Utilizamos un tratamiento hidrotermal asistido por microondas para recubrir partículas esféricas del precursor del material catódico con una fina capa de hidróxido de cobalto. Luego, su litiación a alta temperatura da como resultado unagradiente de concentración, formado en la capa cercana a la superficie, y una morfología única: las partículas primarias se ubican radialmente en el aglomerado, y no al azar, como es el caso de otros materiales disponibles en el mercado", dijo la científica investigadora Alexandra Savina,coautor de la patente y del artículo.

En la primera etapa, el equipo obtuvo un precursor de hidróxido (una sustancia involucrada en la reacción que conduce a la formación de otra sustancia), donde los cationes de níquel, manganeso y cobalto se mezclan homogéneamente a nivel atómico.Luego su suspensión con una solución acuosa de carbamida y una fuente de cobalto se colocó en un reactor hidrotermal de microondas, donde se procesó durante aproximadamente 15 minutos.

Después de eso, el equipo obtuvo un precursor cubierto con una capa uniforme enriquecida en cobalto.En la etapa de litificación a alta temperatura, el precursor se mezcla con una fuente de litio y se somete a un tratamiento térmico a altas temperaturas.Ahora, en lugar de la etapa de procesamiento por microondas, en el mercado se utiliza principalmente el método de coprecipitación, que dura más de 12 horas.

"La formación de un gradiente de concentración, combinada con una morfología única, proporciona varias ventajas: estabilidad del material y su alta capacidad a diferentes velocidades de ciclo. Gracias a nuestro material, la batería de iones de litio funcionará aproximadamente un 10% más.Además, utilizamos reactivos baratos: carbamida (urea)", añadió Savina.

El desarrollo de tecnologías avanzadas de almacenamiento de energía es una de las tareas científicas y tecnológicas clave en Rusia.

Anteriormente, el gobierno de la Federación de Rusia aprobó una hoja de ruta titulada "Tecnologías para la creación de sistemas de almacenamiento de electricidad, incluidos los portátiles" y un concepto para el desarrollo de la producción y el uso del transporte eléctrico en Rusia hasta 2030, cuyo objetivo es acelerar el desarrollo tecnológico.y alcanzar posiciones de liderazgo a nivel mundial en este campo.

El equipo de investigación de Skoltech y las startups creadas en el Instituto trabajan activamente desde hace varios años para abordar las tareas previstas en la hoja de ruta.

"Hoy en día, Skoltech es el mayor titular de propiedad intelectual sobre materiales catódicos de óxido en Rusia, lo que allanará el camino para la producción de dispositivos de almacenamiento de energía en la Federación Rusa. Nuestro centro está desarrollando activamente nuevos materiales catódicos y tecnologías más eficientes para su producción industrial.producción", afirmó Abakumov.

"La mayor parte del gasto asociado con un vehículo eléctrico proviene de su batería, y dentro de esa batería, el contribuyente más importante al costo total es el material del cátodo. En consecuencia, lograr incluso una disminución del 10% en los costos de producción del cátodoEl material, al tiempo que conserva sus atributos de capacidad y potencia, sirve como punto de referencia crucial para mejorar la competitividad del mercado".

Los autores señalan que uno de los objetivos de la hoja de ruta es producir células con una densidad energética máxima de 260 vatios-hora por kilogramo (Wh/kg), pero ya el equipo está produciendo prototipos de células con una intensidad energética específica de más de250 Wh/kg, y al pasar al material de última generación se puede aumentar hasta 300 Wh/kg.

Además, este año los investigadores de Skoltech esperan poner en marcha el primer horno de rodillos de Rusia para la litiación de precursores a alta temperatura con una capacidad de hasta 85 toneladas por año.En el centro ya se ha iniciado la construcción de una nueva planta de producción de precursores con una capacidad de 20 toneladas al año, que estará totalmente automatizada en todas las etapas del proceso tecnológico.

Los datos iniciales del nuevo proyecto se obtienen durante el funcionamiento de una planta piloto de hasta 10 toneladas de precursor al año, ensambladas con componentes rusos.Estos proyectos involucran las competencias de la startup Rustor, nacida en Skoltech, una pequeña empresa tecnológica.

Con la ayuda de la línea de producción que se está creando actualmente, Rustor prevé sacar al mercado nuevos materiales catódicos ricos en níquel para su uso en el campo de la movilidad eléctrica, así como materiales creados con requisitos específicos para vehículos no tripulados.vehículos aéreos en mente.

Entre los coautores se encuentran dosjóvenes científicos: Lucia Sitnikova, Ph.D.estudiante del programa de Ciencia e Ingeniería de Materiales, y Ekaterina Dolzhikova, estudiante de maestría del programa de Ciencia de Materiales y graduada de la primera cohorte de la licenciatura conjunta entre Skoltech y la Universidad Técnica Rusa D. I. Mendeleev en Materiales para el Almacenamiento y Conversión de Energía.programa.Dolzhikova comenzó a trabajar en el material catódico mejorado como parte de la preparación de su tesis de licenciatura.

"En el segundo año de estudio, comenzamos a trabajar con materiales catódicos con estructura núcleo-carcasa. Me gustó mucho este tema, así que no tenía dudas sobre dónde continuar mis estudios. Este programa y el grupo de investigación me han aportado mucho:conocimiento increíble, una patente, un artículo conjunto en una revista prestigiosa y un crecimiento profesional, aprendí a trabajar con equipos, reactivos y los mejores microscopios. Me gustaría dedicar aún más tiempo a esto", señaló Dolzhikova.