Nissan Motor y Nissan ARC anunciaron el 13 de marzo de 2014 que han desarrollado un método de análisis que puede observar y cuantificar directamente el movimiento de electrones en el material del electrodo positivo de las baterías de iones de litio durante la carga y descarga. Con este método, “hace posible el desarrollo de baterías de iones de litio de alta capacidad, lo que ayuda a ampliar la gama de vehículos eléctricos puros (EV)”

Para desarrollar una batería de iones de litio con alta capacidad y larga duración, es necesario almacenar la mayor cantidad de litio posible en el material activo del electrodo y diseñar materiales que puedan producir una gran cantidad de electrones. Por esta razón, es muy importante captar el movimiento de los electrones en la batería, y las técnicas de análisis anteriores no pueden observar directamente el movimiento de los electrones. Por lo tanto, es imposible identificar cuantitativamente qué elemento del material activo del electrodo (manganeso (Mn), cobalto (Co), níquel (Ni), oxígeno (O), etc.) puede liberar electrones.

El método de análisis desarrollado esta vez ha resuelto el problema de larga data: el descubrimiento del origen de la corriente durante la carga y descarga y su captura cuantitativa para el “primer motor del mundo” (Nissan Motor). Como resultado, es posible captar con precisión los fenómenos que ocurren dentro de la batería, especialmente el movimiento del material activo contenido en el material del electrodo positivo. Los resultados, esta vez, fueron desarrollados conjuntamente por Nissan ARC, la Universidad de Tokio, la Universidad de Kioto y la Universidad de la Prefectura de Osaka.

Batería de almacenamiento de energía Tesla

También usó el “Earth Simulator”

El método analítico desarrollado esta vez utiliza tanto la “espectroscopia de absorción de rayos X” usando el “extremo de absorción L” y el “método de cálculo de los primeros principios” usando el superordenador “Earth Simulator”. Aunque algunas personas han usado antes la espectroscopia de absorción de rayos X para realizar análisis de baterías de iones de litio, el uso del “extremo de absorción K” es la corriente principal. Los electrones dispuestos en la capa de K más cercana al núcleo están unidos al átomo, por lo que los electrones no participan directamente en la carga y descarga.

El método de análisis esta vez usa espectroscopía de absorción X usando el extremo de absorción L para observar directamente el flujo de electrones que participan en la reacción de la batería. Además, al combinarlo con el método de cálculo de los primeros principios utilizando el simulador terrestre, se obtuvo con gran precisión la cantidad de movimiento de electrones que solo se podía inferir antes.

Esa tecnología tendrá un gran impacto en los tipos de sistemas de almacenamiento de energía de la batería.

Nissan ARC utiliza este método de análisis para analizar los materiales de cátodo en exceso de litio. Se encontró que (1) en el estado de alto potencial, los electrones que pertenecen al oxígeno son beneficiosos para la reacción de carga; (2) al descargar, los electrones que pertenecen al manganeso son beneficiosos para la reacción de descarga.

Diseño del sistema de almacenamiento de energía de la batería