Preparación de electrodos sólidos para baterías recargables Li-3D

Abstract

El desarrollo de baterías recargables de Li (LiBs) capaces de almacenar cada vez mayores cantidades de energía eléctrica constituye un campo de intensas investigaciones a nivel mundial. Esto se debe por un lado, a la continua demanda de energía que impera en los sofisticados dispositivos portables de la sociedad contemporánea (celulares, tablets, marcapasos, laptops, etc.) y por otro lado a la necesidad de sustituir los módulos de almacenamiento de energía acoplados a sistemas de conversión fotovoltaicos y eólicos. Desde la inserción de las baterías recargables de Li en el mercado internacional, su capacidad y su tiempo de vida han ido incrementándose gradualmente. Sin embargo, cuestiones como el empleo de electrolitos líquidos, la seguridad, sus dimensiones y la densidad de energía han demostrado la necesidad de emplear nuevos materiales completamente sólidos tanto para electrodos como para electrólitos. Esta propuesta de premio recoge los resultados obtenidos en los últimos cuatro años de investigación del grupo de Conductores Iónicos del IMRE-Universidad de la Habana, donde se han preparado y caracterizado varios tipos de nanomateriales sólidos conductores de Li y conductores mixtos para baterías recargables de Li: materiales catódicos (LiNi0.8Co0.2O2, Li3xLa2/3-xTiO3-PANI y LiMn2O4(PO4)0.1) electrólitos sólidos Li3xLa2/3-xTiO3 y materiales anódicos (grafeno/sepiolita, grafeno/paligorskita y grafeno protonado) lo que pone a este grupo de investigación en la posibilidad de comenzar a ensamblar las primeras baterías de Li totalmente sólidas de cosecha nacional. Desarrollando nuevos métodos de síntesis y estrategias de combinación química novedosas, se logró mejorar las propiedades morfológicas, eléctricas y electroquímicas de tres tipos de óxidos intensamente estudiados en este momento para su aplicación en baterías de Li: Li1-xNix)(Ni0.8Co0.2)O2, Li3xLa2/3-xTiO3 y LiMn2O4. La optimización del método del precursor de estado sólido para cada uno de estos sistemas permitió comprender la influencia de las relaciones combustible/oxidante en la disminución de los tiempos y temperaturas de obtención de las fases deseadas lo que tiene una repercusión directa sobre el costo y las propiedades de estos materiales. También, se lograron transformar materias primas ordinarias de procedencia nacional en un producto carbonáceo nanoestructurado altamente conductor de alto valor agregado con posibilidades de aplicación como ánodo en baterías secundarias de Li. Estos resultados representan un punto de madurez del equipo de trabajo luego de haber recibido en 2008 un premio de la Academia de Ciencias de Cuba (ACC) por la obtención y estudio del primer material catódico preparado en nuestro país LiNi0.8Co0.2O2/PANI. Los resultados propuestos en esta ocasión como premio ACC dieron lugar a tres tesis de maestrías defendidas con éxito en 2009, 2011 y 2014, la publicación de 8 artículos científicos (6 en revistas con impacto en el Web of Science de 2011-2014), la participación en 9 eventos científicos con 13 ponencias y un premio “Universidad de La Habana” en 2012.