El ràpid avenç dels vehicles elèctrics i els dispositius electrònics d'alta potència ha impulsat la creixent demanda de bateries de ions de liti de càrrega ultraràpida. No obstant això, les bateries recarregables de ions de liti actuals pateixen una forta disminució de la potència durant els processos de càrrega ràpida i fins i tot poden provocar fallades catastròfiques, cosa que augmenta els riscos de seguretat. Això s'origina principalment per la inestabilitat electroquímica a la interfície ànode-electròlit, que provoca una deposició nociva de liti metàl·lic a la superfície de la bateria i una mala estabilitat tèrmica.
En els darrers anys, els materials d'ànode d'alt voltatge s'han convertit en alternatives molt prometedores per inhibir la deposició excessiva de liti i la formació de capes inestables d'interfase sòlid-electròlit (SEI). Malgrat aquests punts forts, els materials d'última generació encara estan limitats per una conductivitat iònica i una estabilitat tèrmica insatisfactòries, que debiliten la potència de sortida i la fiabilitat a llarg termini.
Segons informes de mitjans de comunicació estrangers, per resoldre aquests problemes, un equip de recerca dirigit pel professor associat Dongwook Han de la Universitat Nacional de Ciència i Tecnologia de Seül ha desenvolupat un material d'ànode de fosfat de liti i titani no estequiomètric (OS) amb una estructura de tipus NASICON. Aquest material és conegut per la seva excepcional estabilitat estructural i tèrmica. El disseny pot induir una transformació de fase espontània sota la superfície de les partícules del material actiu per trencar les restriccions cinètiques i aconseguir un rendiment de càrrega ràpida estable.
Els resultats de la recerca rellevants s'han publicat a la revista Advanced Functional Materials.
Modulació superficial per al transport accelerat d'ions
El fosfat de liti i titani (LTP) posseeix una estructura de tipus conductor superiònic de sodi (NASICON), que compta amb una estabilitat estructural i tèrmica excepcional, així com canals de difusió ràpids d'ions de liti. Per aprofitar el seu potencial a gran escala, els investigadors van adoptar una estratègia de disseny fora d'estequiomètric i van augmentar deliberadament la relació entre fòsfor (P) i titani (Ti). Aquesta composició deficient en titani genera dominis de fosfat de titani (TPO) a prop de la superfície de les partícules LTP.
Aquestes regions riques en TPO actuen com a canals cinètics d'alta eficiència, reduint la barrera energètica per al transport d'ions de liti a través de la interfície ànode-electròlit i construint vies ràpides de transferència d'ions prop de les superfícies de les partícules. A més, els enllaços P-O-P altament flexibles dins del marc del TPO proporcionen flexibilitat estructural per adaptar-se a la variació de volum durant els cicles de càrrega ràpida i protegeixen l'estructura tipus NASICON contra danys irreversibles.
Rendiment robust en circumstàncies de càrrega ràpida
En conseqüència, en les proves de capacitat de velocitat, l'indicador vital que avalua la capacitat de càrrega ràpida, l'ànode compost OS-LTP-carboni (OS-LTP/C) va retenir un remarcable 86% de la seva capacitat inicial amb una velocitat de càrrega de 10°C, mentre que la capacitat de l'ànode compost LTP/C impecable va disminuir dràsticament.
Aquest material també ofereix una excel·lent estabilitat cíclica després de més de 250 cicles. Les configuracions de cel·la completa mostren un rendiment de velocitat similarment elevat i una àmplia compatibilitat amb càtodes d'alt voltatge.
Un camí més ampli cap a bateries més segures
«El nostre mètode crea un paradigma completament nou per al disseny de bateries de càrrega ràpida, i es pot aplicar àmpliament a múltiples sistemes d'emmagatzematge d'energia futurs, incloses les bateries d'estat sòlid», va assenyalar Han. «Aquesta estratègia de disseny pot fer que els vehicles elèctrics siguin més pràctics escurçant el temps de càrrega, millorant la seguretat i oferint suport a les xarxes elèctriques d'energia renovable».
En conclusió, aquesta estratègia de disseny no estequiomètric aborda un dels principals obstacles als quals s'enfronten les bateries recarregables i ofereix un enfocament prometedor per a la tecnologia d'emmagatzematge d'energia de càrrega ultraràpida comercial.
Data de publicació: 07-08-2026