Caracterización estructural y desempeño electroquímico de óxidos ricos en litio basados en la fase LixNiyFezO2 (x>1)( y,z<1) para almacenamiento de energía

Abstract

El desarrollo de sistemas de almacenamiento electroquímico de energía seguros, duraderos y de bajo costo es esencial para alcanzar un desarrollo sostenible. Sin embargo, los materiales comúnmente utilizados enfrentan desafíos significativos, tales como inestabilidad química y térmica, transiciones de fase, capacidad de carga limitada y expansión de volumen durante los ciclos operacionales. Por lo tanto, la creación de compuestos que combinen una alta estabilidad con una gran capacidad específica sigue siendo un reto en la química de materiales.1 En este contexto, presentamos resultados sobre la síntesis y la caracterización química y electroquímica de nuevos óxidos derivados del compuesto LixNiyFezO2 . El material, sintetizado mediante el método de coprecipitación utilizando hidróxido de litio y los nitratos de cada metal de transición, exhibe, dependiendo de la estequiometría, ya sea una fase cúbica con grupo espacial Fm m o una fase romboédrica en capas con grupo espacial R m (Figura 1).2 Las evaluaciones electroquímicas, que incluyen voltametría cíclica, pruebas galvanostáticas y espectroscopía de impedancia electroquímica, revelan un comportamiento basado en conversión. Las fases en capas muestran el mejor desempeño, con predominio de procesos controlados por difusión (80,92%) y una contribución capacitiva (19,08%) (Figura 2), aunque con capacidades de almacenamiento bajas e inestables. Estos hallazgos confirman que, al ajustar la estequiometría, es posible obtener tanto fases cúbicas como en capas. Sin embargo, el desorden catiónico disminuye la cinética de Li⁺ y la transferencia de carga, favoreciendo un mecanismo de conversión con alta distorsión estructural, lo que resulta en un desempeño electroquímico limitado. La estabilidad y el orden, dependientes de los radios catiónicos dentro de un rango estrecho de composición, son claves para posibilitar un comportamiento electroactivo competitivo.3,4

Keywords: Desorden Catiónico; Difusión de litio; Mecanismos de Conversión