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IV International Conference on Sustainable Energy Development

CIDES 2025

Development of magnetic functionality in LNMO spinels for magneto-assisted Li battery cathodes

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A new horizon opens in lithium energy storage technology: functionalized cathodes for magnetic field-assisted and light-excited batteries. In this work, we develop magnetic functionality in the cathode material LiNi0.5Mn1.5O4 (LNMO) for magneto-assisted lithium-ion batteries. A co-doping strategy with (PO4)3- and Fe3+ is implemented over a wide range of compositions (0-15% Fe and 0-7.5% P) by a sol-gel method, via citrate. The magnetic properties are evaluated across the entire compositional range, and an increase of more than 2 Bohr magnetons in the effective magnetic moment of the optimized material is reported. The assembly of coin-cells assisted by a 40 mT static magnetic field enabled an increase in capacity of more than 15 mAh/g for currents between C/5 and 3C, while extending the life of an electrochemical cell with 1,000 charge/discharge cycles when the magnetic field is applied and performing another 500 cycles with an increased capacity of more than 20 mAh/h. Similarly, charging time was reduced by 50% with magnetic assistance when cycling at 10C.

Un nuevo horizonte se abre dentro de la tecnología del litio para el almacenamiento de energía: los cátodos funcionalizados para baterías asistidas por campo magnético y excitación luminosa. En este trabajo desarrollamos funcionalidad magnética en el material catódico LiNi0.5Mn1.5O4 (LNMO) para baterías de iones de litio magneto asistidas. Se implementa una estrategia de codopaje con (PO4)3- y Fe3+ en un amplio intervalo de composiciones (0-15% de Fe y 0-7.5% de P) por un método sol-gel, vía citrato. Se evalúan las propiedades magnéticas en todo el intervalo composicional y se reporta un incremento en más de 2 magnetones de Bohr del momento magnético efectivo del material optimizado. El ensamblaje de celdas tipo monedas con asistencia por campo magnético estático de 40 mT permitió aumentar en más de 15 mAh/g la capacidad para corrientes entre C/5 y 3C, mientras se logra extender la vida útil de una celda electroquímica con 1000 ciclos de carga/descarga al aplicar el campo magnético y realizar otros 500 ciclos con capacidad incrementada en más de 20 mAh/h. Igualmente se redujo el tiempo de carga en un 50% con la asistencia magnética cuando se cicla a 10C.