14.01.2020 - The Pennsylvania State University

Un nuevo método de estudio de las dendritas de litio podría conducir a baterías mejores y más seguras

Las baterías de iones de litio a menudo crean estructuras similares a agujas entre los electrodos que pueden causar un cortocircuito en las baterías y a veces provocar incendios. Ahora, un equipo internacional de investigadores ha encontrado una manera de crecer y observar estas estructuras para entender las formas de detener o prevenir su aparición.

"Es difícil detectar la nucleación de un bigote así y observar su crecimiento porque es diminuto", dijo Sulin Zhang, profesor de ingeniería mecánica de Penn State. "La reactividad extremadamente alta del litio también hace muy difícil examinar experimentalmente su existencia y medir sus propiedades".

Los bigotes y dendritas de litio son estructuras en forma de aguja de sólo unos pocos cientos de nanómetros de grosor que pueden crecer desde el electrodo de litio a través de electrolitos líquidos o sólidos hacia el electrodo positivo, provocando un cortocircuito en la batería y a veces causando fuego.

El equipo de colaboración de China, Georgia Tech y Penn State cultivaron con éxito bigotes de litio dentro de un microscopio electrónico de transmisión ambiental (ETEM) utilizando una atmósfera de dióxido de carbono. La reacción del dióxido de carbono con el litio forma una capa de óxido que ayuda a estabilizar los bigotes.

De manera innovadora, el equipo usó una punta de microscopio de fuerza atómica (AFM) como un contraelectrodo y la técnica integrada ETEM-AFM permite la imagenología simultánea del crecimiento de los bigote y la medición del esfuerzo de crecimiento. Si el estrés de crecimiento es demasiado alto, penetraría y fracturaría el electrolito sólido y permitiría que los bigotes siguieran creciendo y eventualmente provocarían un cortocircuito en la célula.

"Ahora que conocemos el límite del estrés del crecimiento, podemos diseñar los electrolitos sólidos en consecuencia para prevenirlo", dijo Zhang. Las baterías de litio metálico de estado sólido son deseables debido a su mayor seguridad y a su mayor densidad de energía.

Esta nueva técnica será bienvenida por las comunidades de mecánicos y electroquímicos y será útil en muchas otras aplicaciones, dijo Zhang.

El siguiente paso del equipo es observar las dendritas a medida que se forman contra un electrolito de estado sólido más realista bajo TEM para ver exactamente lo que sucede.

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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