El comportamiento de expansión térmica negativa y positiva de los materiales de cátodo de la batería al calentar. Crédito: Nimte
Un equipo de científicos ha desarrollado materiales de expansión térmica cero (ZTE). Esta innovación ha logrado una recuperación de voltaje de casi el 100% en las baterías de iones de litio (LIB) envejecidas. Su estudio se publica en la naturaleza.
Los Libs se han vuelto cada vez más esenciales en los mercados de vehículos eléctricos y aviones. Los materiales de cátodo de óxido en capas ricos en litio pueden ofrecer capacidades registradas superiores a 300 mAh/g, gracias a la química revolucionaria de oxígeno-redox (OR).
Sin embargo, están plagados de inestabilidad operativa. La actividad OR que mejora la densidad de energía en un 30% también desencadena la distorsión de la red asimétrica y la descomposición de voltaje, que acelera el envejecimiento de la batería.
La expansión térmica es un fenómeno común en la naturaleza. A menudo conduce al trastorno estructural o la pérdida de precisión, lo que finalmente compromete el rendimiento del material.
Los investigadores dirigidos por el Prof. Liu Zhaoping en el Instituto de Tecnología e Ingeniería de Materiales de Ningbo (NIMTE) de la Academia de Ciencias de China, en colaboración con investigadores de la Universidad de Chicago y otras instituciones, descubrieron el comportamiento de expansión térmica negativa (NTE) en materiales de cátodo de óxidos en capa ricos en litio, que se convirtieron en un rango de temperatura negativo de 150 a 20 ° C.
Este comportamiento inusual, contrario a las expectativas termodinámicas convencionales, puede atribuirse a las transiciones de orden de trastorno impulsadas térmicamente.
Tratando el trastorno estructural como un parámetro sintonizable en lugar de un defecto, los investigadores revelaron una correlación entre o la actividad y los coeficientes NTE.
“Al ajustar la actividad reversible o el coeficiente de expansión térmica se puede cambiar con precisión entre los estados positivos, cero y negativos”, explicó Qiu Bao, autor principal del estudio.
El equipo estableció un marco predictivo sólido, permitiendo el primer cátodo ZTE del mundo a través de precisos o ajustados. Estos materiales ZTE contrarrestan efectivamente la expansión térmica, mejorando la estabilidad estructural y la durabilidad.
Cuando se sometió a pulsos de voltaje de 4.0 V, se reconstruyó la estructura de la red, logrando casi el 100% de recuperación de voltaje. Este hallazgo sugiere que los sistemas de carga inteligente podrían restaurar los materiales de los estados desordenados a los estados ordenados in situ utilizando métodos electroquímicos, duplicando la vida útil de la batería.
Más allá de rejuvenecer las baterías envejecidas, haciendo viejos vehículos eléctricos como nuevos, este avance abre nuevas fronteras en la ingeniería de materiales ZTE. El estudio también arroja luz sobre el diseño de la función de autocuración de los dispositivos de alto rendimiento.
Más información: Ying Shirley Meng, expansión térmica negativa y electroquímica de oxígeno-redox, naturaleza (2025). Doi: 10.1038/s41586-025-08765-x. www.nature.com/articles/s41586-025-08765-x
Proporcionado por la Academia de Ciencias de China
Cita: del desorden a la orden: materiales de expansión térmica cero rejuveneciendo las baterías envejecidas (2025, 16 de abril) Recuperado el 16 de abril de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-04-disordor-thermal- expansion-materials-rejuvenate.html
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