Fuente: POSTECH
La carga de un vehículo eléctrico suele tardar unas 10 horas o más, e incluso el uso de métodos de carga rápida tarda al menos 30 minutos. Esto supone que hay espacio libre en la estación de carga. Si pudiéramos cargar los vehículos eléctricos con la misma rapidez con la que se recargan los automóviles que funcionan con gasolina, podría ayudar a aliviar la escasez de estaciones de carga para vehículos eléctricos.
El rendimiento de las baterías de iones de litio utilizadas en los vehículos eléctricos depende de la capacidad del material del ánodo para almacenar iones de litio. Recientemente, el profesor Won Bae Kim del Departamento de Ingeniería Química y el Instituto de Tecnología de Materiales Energéticos y de Hierro de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Pohang (POSTECH, presidente Moo Hwan Kim) dirigió un equipo de investigación para desarrollar un nuevo material de ánodo.
Su equipo, que incluía al Dr. los candidatos Song Kyu Kang y Minho Kim del Departamento de Ingeniería Química sintetizaron ferritas de manganeso (Mn3xFeXACERCA DE4) de nanopartículas mediante un novedoso método de autohibridación que implica un proceso simple derivado del intercambio galvánico.
Esta técnica pionera aumenta la capacidad de almacenamiento hasta alrededor de 1,5 veces el límite teórico y permite cargar un vehículo eléctrico en tan solo seis minutos. El estudio fue reconocido por su excelencia y fue publicado como artículo de portada en Wr Materiales funcionales avanzados.
Como parte de este estudio, el equipo de investigación desarrolló un nuevo método para sintetizar ferritas de manganeso como material de ánodo, conocido por su excelente capacidad de almacenamiento de iones de litio y sus propiedades ferromagnéticas. Primero, tuvo lugar una reacción de intercambio galvánico en una solución de óxido de manganeso mezclado con hierro, lo que dio lugar a un compuesto heteroestructural con óxido de manganeso en el interior y óxido de hierro en el exterior.
El equipo también utilizó un método hidrotermal para crear láminas de ferritas de manganeso de un grosor nanométrico con una superficie expandida. Este enfoque hizo uso de electrones polarizados de alto espín, lo que mejoró en gran medida la capacidad de almacenar una cantidad significativa de iones de litio. Esta innovación permitió al equipo superar con éxito el rendimiento teórico del material de ánodo de ferrita de manganeso en más del 50 por ciento.
La ampliación del área superficial del material del ánodo permitió que una gran cantidad de iones de litio se movieran simultáneamente, mejorando así la velocidad de carga de la batería. Los resultados experimentales han demostrado que solo se necesitan seis minutos para cargar y descargar una batería con una capacidad equivalente a la que se utiliza en los vehículos eléctricos del mercado actual. Esta investigación ha refinado un proceso de síntesis difícil para lograr un gran avance en la capacitancia teórica del material del ánodo y acelerar significativamente el proceso de carga de la batería.
El profesor Won Bae Kim, quien dirigió la investigación, dijo: “Hemos ofrecido una nueva comprensión de cómo superar las limitaciones electroquímicas de los materiales de ánodo convencionales y aumentar la capacidad de la batería mediante la aplicación de un diseño de cambio de superficie racional con espín de electrones”. Expresó optimismo de que este desarrollo podría conducir a una mayor duración de la batería y tiempos de carga más cortos para los vehículos eléctricos.
Más información:
Song Kyu Kang et al., Superación de la capacidad teórica de nanopartículas de ferrita de manganeso ultrafinas exfoliadas por autohibridación derivada del intercambio galvánico para baterías de iones de litio de alta velocidad, Materiales funcionales avanzados (2023). DOI: 10.1002/adfm.202300143