Investigadores del Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC del Departamento de Energía de EE. UU., la Universidad de Purdue, Virginia Tech y la Instalación Europea de Radiación de Sincrotrón han descubierto que los factores detrás de descomposición de la batería de iones de litio cambian con el tiempo.
En un papel publicado en la revista Cienciael grupo explica que al principio, la descomposición parece ser impulsada por las propiedades de las partículas de electrodos individuales, pero después de varias docenas de ciclos de carga, lo que más importa es cómo se juntan esas partículas.
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“Los bloques de construcción fundamentales son estas partículas que forman el electrodo de batería, pero cuando se aleja, estas partículas interactúan entre sí”, dijo Yijin Liu, autor principal del artículo, en un comunicado de prensa. Por lo tanto, «si desea construir una batería mejor, debe ver cómo juntar las partículas».
Con ese objetivo en mente, Liu y sus colegas decidieron no solo observar las partículas individuales, sino también las formas en que trabajan juntas para prolongar, o degradar, la vida útil de la batería.
«Las partículas de la batería son como las personas: todos empezamos a seguir nuestro propio camino», dijo Keije Zhao, coautor principal del estudio. “Pero eventualmente nos encontramos con otras personas y terminamos en grupos, yendo en la misma dirección. Para comprender la eficiencia máxima, necesitamos estudiar tanto el comportamiento individual de las partículas como cómo se comportan esas partículas en grupos”.
Usando rayos X para mirar más profundo
Para explorar más esta idea, los científicos utilizaron tomografía de rayos X para reconstruir imágenes tridimensionales de los cátodos después de haber pasado por 10 o 50 ciclos de carga. Cortaron esas imágenes 3D en una serie de cortes 2D y utilizaron métodos de visión por computadora para identificar partículas.
Luego pudieron identificar más de 2000 partículas individuales, para las cuales calcularon no solo las características de las partículas individuales, como el tamaño, la forma y la rugosidad de la superficie, sino también características más globales, como la frecuencia con la que las partículas entran en contacto directo entre sí y la variedad. las formas de las partículas eran.
A continuación, observaron cómo cada una de esas propiedades contribuía a la descomposición de las partículas y surgió un patrón. después de las 10 ciclos de carga, los factores más importantes fueron las propiedades de las partículas individuales, incluida la forma esférica de las partículas y la relación entre el volumen de partículas y el área de superficie. Sin embargo, después de 50 ciclos, los atributos de pares y grupos, como qué tan separadas estaban dos partículas, qué tan variadas eran sus formas y si las partículas más alargadas con forma de pelota de fútbol estaban orientadas de manera similar, impulsaron la descomposición de las partículas.
“Ya no es solo la partícula en sí. Lo que importa son las interacciones partícula-partícula”, dijo Liu.
En su opinión, esto es importante porque significa que los fabricantes podrían desarrollar técnicas para controlar tales propiedades. Por ejemplo, podrían usar campos magnéticos o eléctricos para alinear partículas alargadas entre sí, lo que, según sugieren los nuevos resultados, daría como resultado una mayor duración de la batería.
«Este estudio realmente arroja luz sobre cómo podemos diseñar y fabricar electrodos de batería para obtener un ciclo de vida prolongado para las baterías», dijo el coautor Feng Lin. “Estamos entusiasmados de implementar la comprensión de las baterías de carga rápida, de bajo costo y de próxima generación”.
