Científicos de la Universidad de Birmingham han descubierto que el molino de bolas produce efectos de alta presión durante el proceso de fabricación de baterías de iones de litio.

Dirigido por la Dra. Laura Driscoll, la Dra. Elizabeth Driscoll y el profesor Peter Slater de la Universidad de Birmingham, el equipo descubrió que el fresado de bolas puede provocar efectos de alta tensión en los materiales de las baterías en tan solo unos minutos.

buscar, ‘Bajo estrés: proporcionando información fundamental sobre los cambios estructurales en los materiales de las baterías de los molinos de bolas«,» es parte del proyecto CATMAT financiado por la Fundación Faraday.

Uso de molienda de bolas en la producción de baterías de iones de litio.

El uso del molino de bolas ha experimentado un enorme crecimiento para fabricar materiales de próxima generación para baterías de iones de litio.

El proceso es sencillo y consiste en triturar el compuesto en polvo con pequeñas paletas que se mezclan y hacen las partículas más pequeñas.

Esto crea materiales de electrodos de mayor capacidad, lo que lleva a baterías de iones de litio más eficientes.

«El descubrimiento fue casi accidental».

Investigaciones anteriores indicaron que la síntesis de los materiales de los electrodos fue causada por el calentamiento local generado en el proceso de molienda.

Sin embargo, los investigadores han descubierto ahora que los efectos dinámicos provocados por la colisión de las bolas abrasivas con el material de la batería crean un efecto de presión. Esto juega un papel importante a la hora de lograr cambios.

«Este descubrimiento fue casi fortuito», dijo Peter Slater, profesor de química de materiales y codirector del Centro de Almacenamiento de Energía de Birmingham en la Universidad de Birmingham. Molimos molibdato de litio con bolas como sistema modelo para explorar el sistema redox en baterías y observamos que había una transformación de fase a un polimorfo de espinela de alta presión, una estructura cristalina específica que anteriormente solo se había sintetizado en condiciones de alta presión.

«El calentamiento local por sí solo no puede explicar este cambio. Para probar esta teoría, luego molimos con bolas otros tres materiales de batería, y nuestros hallazgos de estos experimentos de molienda reforzaron nuestra conclusión de que el calentamiento local no puede ser la única causa de estos cambios».

La aplicación de calor puede hacer que los compuestos entrantes vuelvan a su estado previamente molido.

El equipo descubrió que la aplicación de calor revertiría los efectos de la molienda de bolas, lo que demuestra que la presión era clave en la composición original.

Por ejemplo, el compuesto de espinela de alta presión Li2MoO4 hasta ahora solo se había producido en una cámara de alta presión y temperatura bajo una presión de más de 10.000 veces la presión de la atmósfera terrestre.

Tras el nuevo descubrimiento, ahora se puede encontrar el mismo efecto con sólo unos minutos de molienda con bolas.

Este descubrimiento ofrece mayores oportunidades para el futuro.

La coautora, la Dra. Elizabeth Driscoll, dijo: «Este descubrimiento brinda la oportunidad de desarrollar procesos más baratos y más eficientes energéticamente para los fabricantes de baterías, así como explorar vías para nuevos materiales. Encontramos resultados similares, por ejemplo, cuando molimos bolas fases irregulares de sal gema, que podría ser la clave para producir baterías de mejor rendimiento.

«Esta mejor comprensión del efecto del molino de bolas en los materiales de las baterías es increíblemente emocionante para los investigadores en este campo, pero también para el futuro del desarrollo de baterías, ya que hemos podido demostrar que en cinco minutos de molino de bolas podemos lograr transformaciones que normalmente requieren equipos especializados y que consumen mucha energía”.

«A medida que avanzamos hacia un futuro cada vez más eléctrico para reducir la contaminación y alcanzar el nivel cero neto, es importante que sigamos ampliando nuestro conocimiento y comprensión de la tecnología de las baterías, para que podamos crear las baterías más eficientes posibles. Nuestros hallazgos abren el camino puerta a un mundo de nuevas posibilidades y descubrimientos”. Esperamos que desempeñe un papel en un futuro más verde para todos nosotros.