La Universidad de Oxford lidera un proyecto de £3 millones para desarrollar nuevos materiales de cátodo para baterías de litio, mejorando rendimiento, densidad energética y sostenibilidad, impulsando así vehículos eléctricos hacia el Net Zero.
La Universidad de Oxford lidera un ambicioso proyecto de £3 millones destinado al desarrollo de nuevos materiales para cátodos en baterías de iones de litio. Este esfuerzo podría transformar el rendimiento de las baterías, mejorando su densidad energética, reduciendo costos y minimizando el impacto ambiental. La iniciativa es clave para avanzar hacia los objetivos de Net Zero, ya que promete aumentar la autonomía y potencia de los vehículos eléctricos.
El proyecto, conocido como 3D-CAT, forma parte de una inversión mayor realizada por la Faraday Institution, un instituto independiente del Reino Unido dedicado a la investigación en almacenamiento electroquímico de energía. Esta colaboración reúne a investigadores de la Universidad de Oxford y UCL, junto con socios industriales, para abordar un desafío crítico en la industria: desarrollar materiales viables para cátodos que no dependan del cobalto y níquel, metales caros y problemáticos desde el punto de vista ambiental.
Entre los candidatos más prometedores se encuentran los cátodos de fosfato de hierro litio y fosfato de manganeso- hierro litio. Sin embargo, estos presentan menores densidades energéticas comparados con sus contrapartes que utilizan cobalto y níquel. Existe una necesidad urgente de innovar en materiales que igualen el rendimiento sin requerir precursores costosos o procesos productivos poco prácticos. El enfoque del 3D-CAT abarca desde el diseño basado en principios fundamentales hasta la síntesis prototipo y validación en sistemas de prueba.
Una dirección particularmente prometedora son las sales desordenadas ricas en litio, donde los átomos de litio y metales de transición están organizados en una estructura cristalina desordenada tipo roca-sal. Estos materiales pueden alcanzar altas densidades energéticas, aunque actualmente enfrentan problemas como un bajo rendimiento a tasas (la rapidez con que una batería puede cargarse y descargarse) y otros inconvenientes. Su producción suele requerir un método intensivo en energía que no es fácilmente escalable.
"Este financiamiento nos permitirá profundizar nuestra comprensión sobre la estructura local en cátodos desordenados ricos en litio y desbloquear todo el potencial de esta nueva clase de materiales para baterías", afirma el Profesor Robert House, investigador principal del proyecto.
Investigaciones recientes lideradas por el proyecto CATMAT han demostrado que al introducir un orden parcial entre los átomos de litio y metales de transición se puede mejorar drásticamente el transporte iónico del litio. Este hallazgo abre la puerta a una nueva clase de materiales para cátodos tridimensionales ricos en litio que combinan alto rendimiento con manufactura escalable y eficiente en energía.
A lo largo de los próximos tres años, 3D-CAT se dedicará a optimizar cómo se puede mejorar el orden local en estos cátodos para maximizar el transporte iónico del litio y su capacidad operativa, considerando diferentes tamaños y morfologías de partículas. Aprovechando las instalaciones investigativas líderes del mundo en el Centro para la Investigación de Materiales Energéticos (CEMR) y el Laboratorio de Modelado de Materiales (MML), se desarrollarán sucesivas generaciones de materiales prototipo validados en sistemas experimentales.
"Este proyecto reúne mentes brillantes, ciencia avanzada y sólidas asociaciones con la industria para enfrentar uno de los desafíos más apremiantes hoy: cómo almacenar energía económica y eficientemente", señala el Profesor Jim Naismith, jefe de la División Matemática, Física y Ciencias Naturales.
Además, el equipo trabajará en rutas sostenibles, económicas y eficientes energéticamente para la síntesis de estos nuevos materiales e investigará cómo recubrimientos conductores podrían mejorar tanto la capacidad operativa como el rendimiento a largo plazo.
El Profesor House subraya: "3D-CAT representa una oportunidad emocionante para desarrollar nuevos materiales innovadores para cátodos que apoyen a la industria británica de baterías". Este esfuerzo cuenta con el respaldo tanto del Faraday Institution como con expertos industriales comprometidos a asegurar que el proyecto responda a las necesidades del sector.
En conjunto con 3D-CAT, Oxford también lidera otros cuatro proyectos emblemáticos dentro del marco del Faraday Institution relacionados con investigación sobre baterías; cada uno enfocado en distintas áreas críticas para avanzar hacia soluciones más efectivas y sostenibles.