Un equipo de Skoltech encabezado por el científico Sergey Luchkin y el profesor Keith Stevenson, busca máximizar la vida útil de las baterías mediante la observación de una capa delgada de ánodo de batería que se conoce como ‘interfase electrolítica sólida‘. El estudio de esta capa, podría prolongar la vida de las baterías
Investigadores del Centro Skoltech de Ciencia y Tecnología de la Energía (CEST) visualizaron la formación de una interfase electrolítica sólida en materiales de electrodos carbonosos de grado batería utilizando microscopía de fuerza atómica in situ (AFM). Esto podría ayudar a los investigadores a diseñar y construir baterías con mayor rendimiento y durabilidad.
Una interfase electrolítica sólida (solid electrolyte interphase, SEI, por sus siglas en inglés) es una capa delgada de productos de reducción de electrolitos que se forma en la superficie de un ánodo de batería de ion-litio durante varios ciclos iniciales. Se conoce que la interfase evita una mayor descomposición del electrolito, estabiliza la interfaz electrodo/electrolito y garantiza que las baterías tengan una larga vida útil.
La formación del SEI requiere tiempo y energía, y su calidad regula en gran medida el rendimiento y la durabilidad de la batería: una intefaz SEI mal formada da como resultado una degradación rápida en el rendimiento de la batería.
Aún así, la formación de la interfaz SEI sigue siendo poco conocida, y los científicos usan microscopía de fuerza atómica in situ que permite la observación directa de este proceso.
Hasta ahora, la mayoría de estas observaciones se realizaban en grafito pirolítico altamente orientado (highly oriented pyrolytic graphite, HOPG, por sus siglas en inglés), una forma muy pura y ordenada de grafito que tiene una superficie plana basal limpia y atómica.
Sin embargo, el HOPG es un reemplazo pobre para los materiales de electrodo reales de grado de batería, por lo que el proceso es significativamente diferente de lo que sucede dentro de una batería comercial.
En ese sentido, el equipo de Skoltech dirigido por el científico e investigador Sergey Luchkin y el profesor Keith Stevenson lograrón visualizar la formación de SEI en materiales de grado batería. Para esto, tuvieron que diseñar una celda electroquímica que permitiera las mediciones necesarias para la observación directa de dicha formación.
“Los materiales aptos para baterías son polvos, y visualizar procesos dinámicos en su superficie mediante AFM, especialmente en un entorno líquido, es un desafío. Un electrodo de batería estándar es demasiado áspero para tales mediciones, y las partículas aisladas tienden a desprenderse del sustrato durante el escaneo”.
“Para superar este problema, incrustamos las partículas en la resina epoxídica e hicimos una sección transversal, por lo que las partículas se fijaron firmemente en el sustrato”, dice Luchkin.
Los investigadores encontraron que la interfaz SEI en materiales de grado de batería se nucleó a un potencial diferente al del HOPG. También era de dos veces más grueso y mecánicamente más fuerte. Finalmente, fueron capaces de demostrar que la interfaz SEI estaba mejor unida a la superficie rugosa del grafito de grado de batería que a la superficie plana de HOPG.
“Las investigaciones resueltas espacialmente de las interfaces de batería e interfases detalladas en este trabajo proporcionan nuevas perspectivas significativas sobre la estructura y la evolución del ánodo SEI. Por lo tanto, proporcionan pautas firmes para el diseño de electrolitos racionales para permitir baterías de alto rendimiento con seguridad mejorada“, añade Stevenson.
Noticia tomada de: Phys / Traducción libre del inglés por WorldEnergyTrade.com
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