p (Phys.org) —Para evitar o desbotamento em um cátodo de lítio em camadas que é uma promessa para uso em transporte pesado, cientistas do Pacific Northwest National Laboratory, FEI Company, e o Argonne National Laboratory obteve uma visão definitiva de um cátodo puro feito de lítio, níquel, manganês, e oxigênio. O cátodo é conhecido como Li _1,2 Ni _0,2 Mn _0,6 O ₂ ou LMNO. A controvérsia envolveu este material. Alguns afirmam que é uma solução sólida; outros, um composto. Para abordar este debate, a equipe usou um conjunto de instrumentos e determinou que o material é um composto com fases fortemente integradas, onde a superfície contém maiores concentrações de níquel e baixas concentrações de oxigênio e manganês rico em elétrons. p "Se quisermos melhorar o ciclo de vida e a capacidade do cátodo estratificado, devemos ter esse tipo de clareza em torno da estrutura atômica e possível ordenação de cátions, "disse o Dr. Nigel Browning, o Chief Science Officer da Chemical Imaging Initiative do PNNL e um especialista em microscopia que trabalhou no estudo.

p A substituição de carros movidos a gasolina por carros elétricos pode diminuir a dependência dos EUA das importações de petróleo em até 60%, e reduzir as emissões prejudiciais em até 45%, dependendo do mix tecnológico utilizado. A chave é longa duração, baterias com alta densidade de energia. Os catodos LMNO inovadores possuem alta tensão e alta capacidade específica. Ainda, o material está longe do ideal. Problemas de capacidade e enfraquecimento de tensão estão ligados à estrutura do cátodo durante o carregamento e o descarregamento. A pesquisa de caracterização da equipe fornece a base necessária para as descobertas necessárias.

p "A demanda cada vez maior de energia de informação e transporte depende de baterias de íon-lítio para armazenamento de energia, por causa de sua densidade de energia relativamente alta e flexibilidade de design. Precisamos melhor e precisamos agora, que contribui para a principal força motriz para a criação de novos materiais para armazenamento de energia, "disse o Dr. Chongmin Wang, especialista em imagem química no PNNL e investigador principal neste estudo.

p Usando uma combinação de microscopia eletrônica de transmissão de varredura com correção de aberração, Espectroscopia dispersiva de energia de raios-X, espectroscopia de perda de energia de elétrons, e simulação de imagem multi-slice complementar, a equipe sondou Li _1,2 Ni _0,2 Mn _0,6 O ₂ nanopartículas. Na superfície da partícula, eles fizeram várias descobertas. Uma superfície com uma característica estrutural única tende a conter uma concentração maior de átomos de níquel do que o núcleo da partícula, enquanto os átomos de manganês são mais prevalentes no núcleo do que na superfície. As vacâncias de oxigênio na superfície da partícula resultam em átomos de manganês com um estado de valência ou configuração eletrônica de +2,2 na superfície, enquanto o manganês no centro da partícula é +4,0.

p "Este achado indica uma grande variação na estequiometria local, "disse o Dr. Jun Liu, um especialista em materiais que trabalhou neste estudo e que também é Diretor da Divisão de Materiais e Processos de Energia do PNNL.

p Finalmente, cada partícula contém ambas as fases parentais do material. O parâmetro de rede e a similaridade da estrutura cristalina do LiMO em camadas ₂ fase e o Li em camadas ₂ MO ₃ fase permitir a integração estrutural.

p “Essa caracterização detalhada nos permitiu obter uma visão mais completa do material, "disse Wang." Esclarecimento da estrutura do material - separação de fases em nanoescala, ordenação de cátions e formação de vacância de oxigênio - sem dúvida iluminarão uma nova luz sobre a sondagem de como o material se comporta durante o desempenho da bateria e nos inspirarão a melhorar sua funcionalidade por meio de síntese controlada. "

p A equipe agora está trabalhando para entender como o material evolui durante os ciclos de carga / descarga.