MATERIALES AVANZADOS CON MORFOLOGÍA CONTROLADA PARA BATERÍAS DE ION DE LITIO

E. RADA; E. LIMA JR.; F. RUIZ; M.S. MORENO

Encuentro; 1er Encuentro Nacional sobre Litio; 2021

El uso de materiales nanoestructurados para electrodos de baterías de litio busca solucionar los problemas de ciclabilidad y de baja velocidad de carga/descarga que presentan los materiales masivos. Así, al controlar la morfología de las partículas es posible minimizar la degradación mecánica y química del material activo, prolongando así su vida útil. Por otro lado, reducir el tamaño de las partículas acorta los caminos para la difusión del litio, mejorando la velocidad de carga/descarga. En este trabajo, sintetizamos nanoestructuras de LiMn2O4 con morfología controlada y evaluamos sus propiedades electroquímicas como material catódico. Utilizamos un método de síntesis por descomposición térmica de precursores órgano-metálicos asistido por surfactantes, seguido de tratamiento térmico en aire. El análisis de la estructura cristalina y la morfología en este tipo de materiales requiere del uso de técnicas de caracterización con alto nivel de sensibilidad. Por lo tanto, además de difracción de rayos X, utilizamos difracción de electrones, microscopía electrónica de transmisión de alta resolución y espectroscopía de pérdida de energía de electrones. Las propiedades electroquímicas se evaluaron por ciclado de carga y descarga, voltamperometría cíclica y espectroscopía de impedancia electroquímica. Modificando la temperatura de síntesis obtuvimos dos tipos de morfologías: nanoestructuras sólidas con tamaño promedio de 22 nm y nanoestructuras huecas porosas con tamaño promedio de 51 nm y espesor de pared promedio de 13 nm. En ambos casos, se obtuvieron coeficientes de difusión de litio de 2 y 3 ordenes de magnitud superior a los reportados para el material masivo. Las nanoestructuras huecas exhiben menor capacidad de descarga inicial que las sólidas, pero mayor retención de la capacidad luego de 200 ciclos de carga/descarga (82%), indicando que las características de esta morfología mejoran la resistencia a del material a la degradación mecánica y química.