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Los científicos de ANSTO han utilizado una innovadora dispersión de neutrones para descifrar y prevenir microestructuras peligrosas en las baterías de litio, cruciales para las tecnologías de próxima generación.
![Construcción de celdas in situ. Crédito de la foto: Materiales energéticos avanzados (2023). DOI: 10.1002/aenm.202301266](https://www.electronicsforu.com/wp-contents/uploads/2023/11/preventing-catastrophi.jpg)
Aunque es omnipresente en dispositivos portátiles y automóviles eléctricos, el almacenamiento de energía con baterías de iones de litio (LIB) no satisface las necesidades de diversas tecnologías nuevas y avanzadas. El uso de litio metálico puro como electrodos podría mejorar significativamente la capacidad de almacenamiento de energía de la batería; Sin embargo, la formación de microestructuras de litio en la superficie del metal supone un riesgo.
Los científicos de la Organización Australiana de Ciencia y Tecnología Nuclear (ANSTO) han utilizado métodos de dispersión de neutrones para investigar el desarrollo de la formación dañina de litio en baterías recargables de iones de litio (LIB).
Investigaciones anteriores sobre baterías desmontadas revelaron la presencia de diversas formas estructurales, como «bigotes», «musgo» y «dendritas». Los bigotes se parecen a pequeñas espinas. El musgo tiene un aspecto esponjoso y a modo de capas, mientras que las dendritas se caracterizan por su forma esbelta y alargada. Son estas estructuras de bordes afilados las que son la principal causa de los problemas de la batería.
El equipo utilizó técnicas de dispersión de neutrones de ángulo pequeño y ultrapequeño (SANS y USANS) con sus instrumentos Quokka y Kookaburra en el Centro Australiano de Dispersión de Neutrones para estudiar estructuras complejas de baterías de litio. Los investigadores señalaron que estos métodos son particularmente reveladores porque pueden detectar el tamaño y la forma de las estructuras de litio sin desmantelar la batería. Debido a los diferentes componentes dentro de una batería, recopilaron datos SANS y USANS de las diferentes partes para extraer información explícitamente relacionada con las estructuras del litio.
Utilizando estos datos, construyeron una celda de bolsa simétrica que era particularmente adecuada para observar los procesos de deposición de litio durante el funcionamiento de la batería. Los investigadores descubrieron que SANS y USANS permitieron un análisis más preciso y sencillo de las estructuras de litio en comparación con otras técnicas de investigación como las imágenes de rayos X, la microscopía o la adsorción de gases, lo que agilizó el proceso de investigación.
El estudio allana el camino para futuras investigaciones que determinen cómo funcionan diversos factores, como por ejemplo: B. el nivel de corriente eléctrica, el tiempo de carga y la naturaleza cíclica de la deposición y disolución del litio afectan las propiedades de la superficie y las distancias interfaciales en el litio depositado.
Referencia: Christophe Didier et al., Determinación directa in situ de la superficie y estructura del litio metálico depositado en baterías de litio-metal mediante dispersión de neutrones de ángulo pequeño y ultrapequeño, Materiales energéticos avanzados (2023). DOI: 10.1002/aenm.202301266
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