La Fundación Nacional de Investigación de Corea anunció el 11 de agosto que un equipo de investigación liderado por el profesor Lee Hyun-wook del Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología de Ulsan (UNIST), en colaboración con el profesor Rodney Ruoff y la doctora Sung Won-kyung del Instituto de Ciencias Básicas (IBS), el profesor Jin Seong-hwan de la Universidad Nacional de Gangwon y el profesor Jang Wi-mang Lee de la Universidad de California en Los Ángeles (UCLA), ha desarrollado con éxito un nuevo proceso de sinterización basado en la tecnología de calentamiento por efecto Joule rápido. Este proceso puede controlar los defectos microestructurales en los materiales de cátodo de alto contenido en níquel, mejorando significativamente su vida útil y características de velocidad de carga/descarga.
Los materiales de cátodo de alto contenido en níquel son materiales de nueva generación para baterías de iones de litio con un contenido de níquel superior al 80%, que ofrecen ventajas como alta capacidad y alta densidad energética, y se utilizan ampliamente en vehículos eléctricos, baterías de carga rápida y otros campos. Sin embargo, su estabilidad térmica es baja, y su estructura y forma son propensas a dañarse durante la sinterización a alta temperatura. La sinterización es el proceso por el cual las partículas en polvo se convierten en una masa única mediante activación térmica, mientras que la tecnología de enfriamiento rápido (quenching) logra la densificación del material de la batería y suprime el crecimiento de partículas al calentar rápidamente el material a altas temperaturas mediante el paso de corriente eléctrica.
El equipo de investigación señaló que el crecimiento excesivo de partículas durante la sinterización a alta temperatura y la formación de poros durante la sinterización a baja temperatura son las principales causas de la disminución del rendimiento de la batería, y analizó el origen de los defectos microestructurales desde la perspectiva de la cinética de sinterización. Para resolver este problema, el equipo utilizó un sistema de calentamiento por efecto Joule rápido, que puede alcanzar altas temperaturas en cuestión de segundos, cambiando el mecanismo de difusión predominante durante el proceso de sinterización. Al inducir la densificación de partículas pequeñas, se suprimió el crecimiento anormal de partículas y la retención de poros, mejorando significativamente la vida útil y la estabilidad mecánica de la batería.
El estudio muestra que la densificación mecánica es crucial para mejorar la estabilidad estructural y la vida útil de los materiales de cátodo de alto contenido en níquel. Al controlar con precisión los defectos microestructurales durante el tratamiento térmico (sinterización), es posible lograr una larga vida útil y alta confiabilidad en baterías de alta densidad energética.
El profesor Lee Hyun-wook de la Universidad Nacional de Ciencia y Tecnología de Ulsan afirmó que lo distintivo de esta investigación es que, más allá de simplemente cambiar las condiciones del tratamiento térmico, se realizó un estudio fundamental y una verificación empírica del comportamiento de sinterización general del material del cátodo. En el futuro, esto podría extenderse como una tecnología base para optimizar los procesos de sinterización de diversos materiales de electrodos basados en óxidos.
Esta investigación se llevó a cabo con el apoyo del proyecto de desarrollo cooperativo internacional de tecnologías clave impulsado por el Ministerio de Ciencia y TIC de Corea y la Fundación Nacional de Investigación de Corea. Los resultados del estudio se publicaron en línea el 4 de agosto en la revista académica internacional Advanced Materials.
