09.09.2019 - Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH

Detectan nanopartículas en baterías de litio azufre con experimento de neutrones

Un equipo de HZB ha analizado por primera vez con precisión cómo las nanopartículas de sulfuro de litio y de azufre se precipitan en los electrodos de la batería durante el ciclo de carga. Los resultados pueden ayudar a aumentar la vida útil de las baterías de litio y azufre.

Las baterías de litio azufre están consideradas como una de las candidatas más prometedoras para la próxima generación de dispositivos de almacenamiento de energía. Tienen una densidad de energía gravimétrica teórica cinco veces superior a la de las mejores baterías de iones de litio disponibles actualmente. Y hasta trabajan a temperaturas bajo cero de hasta -50 °C. Además, el azufre es barato y respetuoso con el medio ambiente.

Pérdida de capacidad

Sin embargo, su capacidad ha caído bruscamente con cada ciclo de carga y descarga, por lo que estas baterías aún no son de larga duración. La pérdida de capacidad es causada por procesos de reacción complicados en los electrodos dentro de la celda de la batería. Por lo tanto, es particularmente importante entender exactamente cómo se precipitan y disuelven los productos de carga (azufre) y descarga (sulfuro de litio). Mientras que el azufre se precipita macroscópicamente y, por lo tanto, se presta a ser examinado mediante técnicas de imágenes o difracción de rayos X durante el ciclo, el sulfuro de litio es difícil de detectar debido a su tamaño de partícula inferior a 10 nm.

Observaciones"operando" con neutrones

Por primera vez, las investigaciones con la fuente de neutrones BER II en el HZB han permitido comprenderlo. El Dr. Sebastian Risse utilizó una celda de medición que desarrolló para iluminar baterías de litio y azufre con neutrones durante los ciclos de carga y descarga (operando) y simultáneamente realizó mediciones adicionales con espectroscopia de impedancia.

Esto le permitió a él y a su equipo analizar la disolución y precipitación de sulfuro de litio con extrema precisión durante diez ciclos de descarga/carga. Debido a que los neutrones interactúan fuertemente con el deuterio (hidrógeno pesado), los investigadores usaron un electrolito deuterado en la celda de la batería para hacer visibles ambos productos sólidos (azufre y sulfuro de litio).

Sorprendente perspicacia

Su conclusión: "Observamos que la precipitación de sulfuro de litio y de azufre no tiene lugar dentro de los electrodos de carbono microporosos, sino en la superficie externa de las fibras de carbono", dice Risse. Estos resultados proporcionan una valiosa guía para el desarrollo de mejores electrodos de batería.

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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