AUSTIN, Texas — Durante décadas, los investigadores han buscado formas de eliminar el cobalto de las baterías de alta energía que alimentan los dispositivos electrónicos, debido a su alto costo y las ramificaciones para los derechos humanos de su extracción.Pero los intentos anteriores no han estado a la altura de los estándares de rendimiento de las baterías con cobalto.Investigadores de la Escuela de Ingeniería Cockrell de la Universidad de Texas en Austin dicen que han descifrado el código de una batería de iones de litio de alta energía libre de cobalto, eliminando el cobalto y abriendo la puerta para reducir los costos de producción de baterías mientras aumentan rendimiento de alguna manera.El equipo informó sobre una nueva clase de cátodos, el electrodo en una batería donde normalmente reside todo el cobalto, anclado por un alto contenido de níquel.El cátodo en su estudio es 89% de níquel.El manganeso y el aluminio constituyen los otros elementos clave.Más níquel en una batería significa que puede almacenar más energía.Esa mayor densidad de energía puede conducir a una mayor duración de la batería para un teléfono o una mayor autonomía para un vehículo eléctrico con cada carga.Los hallazgos aparecieron este mes en la revista Advanced Materials.El artículo fue escrito por Arumugam Manthiram, profesor en el Departamento de Ingeniería Mecánica de Walker y director del Instituto de Materiales de Texas, Ph.D.estudiante Steven Lee y Ph.D.graduado Wangda Li.Por lo general, una mayor densidad de energía conduce a compensaciones, como una vida útil más corta: la cantidad de veces que una batería se puede cargar y descargar antes de que pierda eficiencia y ya no se pueda cargar por completo.La eliminación del cobalto generalmente ralentiza la respuesta cinética de una batería y conduce a una capacidad de velocidad más baja: qué tan rápido se puede cargar o descargar el cátodo.Sin embargo, los investigadores dijeron que han superado los problemas de ciclo de vida corto y baja capacidad de velocidad al encontrar una combinación óptima de metales y garantizar una distribución uniforme de sus iones.La mayoría de los cátodos para baterías de iones de litio utilizan combinaciones de iones metálicos, como níquel-manganeso-cobalto (NMC) o níquel-cobalto-aluminio (NCA).Los cátodos pueden representar aproximadamente la mitad de los costos de materiales para toda la batería, siendo el cobalto el elemento más costoso.A un precio de aproximadamente $28,500 por tonelada, es más caro que el níquel, el manganeso y el aluminio combinados, y constituye del 10% al 30% de la mayoría de los cátodos de las baterías de iones de litio.“El cobalto es el componente menos abundante y más caro de los cátodos de las baterías”, dijo Manthiram.“Y lo estamos eliminando por completo”.La clave del avance de los investigadores se puede encontrar a nivel atómico.Durante la síntesis, pudieron garantizar que los iones de los diversos metales permanecieran distribuidos uniformemente en la estructura cristalina del cátodo.Cuando estos iones se acumulan, el rendimiento se degrada, y ese problema ha afectado a las baterías anteriores de alta energía sin cobalto, dijo Manthiram.Al mantener los iones distribuidos uniformemente, los investigadores pudieron evitar la pérdida de rendimiento."Nuestro objetivo es usar solo metales abundantes y asequibles para reemplazar el cobalto manteniendo el rendimiento y la seguridad", dijo Li, "y aprovechar los procesos de síntesis industrial que son inmediatamente escalables".Manthiram, Li y el ex investigador postdoctoral Evan Erickson trabajaron con la Oficina de Comercialización de Tecnología de UT para formar una nueva empresa llamada TexPower para llevar la tecnología al mercado.Los investigadores recibieron subvenciones del Departamento de Energía de EE. UU., que ha buscado disminuir la dependencia de las importaciones de materiales clave para baterías.La industria se ha lanzado al impulso libre de cobalto, sobre todo un esfuerzo de Tesla para eliminar el material de las baterías que alimentan sus vehículos eléctricos.Con grandes organizaciones gubernamentales y empresas privadas enfocadas en reducir la dependencia del cobalto, no sorprende que esta búsqueda se haya vuelto competitiva.Los investigadores dijeron que han evitado problemas que obstaculizaron otros intentos de baterías de alta energía sin cobalto con innovaciones en la combinación correcta de materiales y el control preciso de su distribución.“Estamos aumentando la densidad de energía y reduciendo el costo sin sacrificar el ciclo de vida”, dijo Manthiram.“Esto significa distancias de conducción más largas para vehículos eléctricos y una mejor duración de la batería para computadoras portátiles y teléfonos celulares”.Escuela de Ingeniería Nat Levy Cockrell correo electrónico: nat.levy@utexas.edu© La Universidad de Texas en Austin 2022