Los científicos de la Universidad de California en San Diego y el Laboratorio Nacional de Idaho pudieron vislumbrar por primera vez el litio «vidrioso» no cristalino que se forma en las primeras etapas de la recarga de litio.
Durante tales etapas, la carga lenta y de baja energía hace que los electrodos recolecten átomos de una manera desorganizada que mejora el comportamiento de carga. Esto nunca se había observado antes.
En un estudio publicado en la revista Nature Materials, los investigadores dicen que estos hallazgos pueden ayudar a afinar los enfoques de recarga para aumentar la vida útil de la batería y hacer metales vítreos para otras aplicaciones.
Para llevar a cabo su experimento, los académicos se preguntaron si los patrones de recarga en las baterías de litio estaban influenciados por la congregación más antigua de los primeros átomos, un proceso conocido como nucleación.
Átomos de litio nanoestructurales (azul) que se depositan en un electrodo (amarillo) durante la operación de carga de la batería. (Imagen cortesía de UC San Diego).
La base que sostuvo su pregunta fue el hecho de que en el proceso de recarga de baterías recargables de alta energía, la forma en que los átomos de litio se depositan en el ánodo puede variar de un ciclo de recarga a otro, lo que lleva a una recarga errática y una vida útil reducida de la batería.
Para hacer sus observaciones, los científicos combinaron imágenes y análisis de un poderoso microscopio electrónico con enfriamiento con nitrógeno líquido y modelado por computadora. La microscopía electrónica de crioestado les permitió ver la creación de «embriones» de metal litio, y las simulaciones por computadora ayudaron a explicar lo que vieron.
Descubrieron que ciertas condiciones creaban una forma menos estructurada de litio que era amorfa (como el vidrio) en lugar de cristalina (como el diamante).
Durante la recarga, los embriones de litio vidrioso tenían más probabilidades de permanecer amorfos durante el crecimiento. Mientras estudiaba qué condiciones favorecían la nucleación vítrea, el equipo descubrió que podían fabricar metal amorfo en condiciones muy suaves a una velocidad de carga muy lenta.
Este resultado fue contrario a la intuición porque los expertos asumieron que las bajas tasas de deposición permitirían que los átomos encontraran su camino hacia un litio vidrioso cristalino ordenado. Sin embargo, el trabajo de modelado explicó cómo la cinética de reacción impulsa la formación vítrea.
Para confirmar estos hallazgos, los científicos crearon formas vítreas de cuatro metales reactivos más que son atractivos para aplicaciones de baterías.
Según un informe de prensa de la universidad, los resultados de este estudio podrían ayudar a cumplir los objetivos del consorcio Battery500, una iniciativa del Departamento de Energía que financió la investigación y que tiene como objetivo desarrollar baterías de vehículos eléctricos comercialmente viables con una energía específica de nivel de celda de 500 Wh / kg.
Fuente: Mining.com
