Nuestros investigadores estrellas agotaron sus depósitos de café, investigando todo el tiempo por la solución, hasta que Hugo halló la solución en GitLab y en este momento la compartimos aquí.
Solución:
La intercalación es la adición de iones de litio en un material anfitrión sin cambiar significativamente la estructura del anfitrión. En mi investigación, a menudo preparo celdas de prueba donde el cátodo es un material de intercalación, como $ceCoO2$que puede acomodar (o “intercalar”) capas de iones de litio entre las capas de oxígeno en la red cristalina para formar $ceLiCoO2$. Es no que hay capas de material de cátodo que rodean al litio, sino que solo hay 1 material, pero los iones de litio pueden entrar y salir de él.
$$ ceCoO2 + Li+ + e^- -> LiCoO2 $$
Yo uso principalmente metal de litio para el ánodo porque es fácil trabajar con él y tiene un potencial estable, lo que lo convierte en un buen electrodo de referencia:
$$ ceLi^+ + e^- -> Li_(s) $$
En esta configuración tenemos un cátodo de intercalación ($ceLiCoO2$), y un ánodo de metal de litio. La principal desventaja es que cuando se cicla litio metálico, se forman dendritas que pueden perforar el separador y provocar un cortocircuito en la celda, lo que provocaría una falla catastrófica. Para resolver este problema, las celdas comerciales utilizan ánodos de grafito, que pueden intercalar iones de litio:
$$ ceC6 + Li+ + e- -> LiC6 $$
Esto resuelve el problema de las dendritas, pero hace que la batería sea menos eficiente. Dado que la formación de dendritas es solo un problema con ciclos repetidos, las baterías no recargables (“primarias”) solo usan metal de litio en su lugar. Muchos investigadores han intentado resolver “el problema de las dendritas” durante décadas, con poco éxito.
El siguiente diagrama muestra una batería de iones de litio con un cátodo de intercalación a la derecha: las partes verdes son de litio, las partes azules son metales de transición (Ni, Co, etc.) y las esferas rojas son oxígeno. El ánodo de la izquierda es el ánodo de intercalación de grafito, pero puede reemplazarlo con un ánodo de litio metálico.
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