Los científicos del Instituto de Tecnología de Tokio examinaron los mecanismos detrás de la resistencia en la interfaz electrodo-electrolito de las baterías de estado sólido. Sus hallazgos ayudarán en el desarrollo de baterías de iones de litio mucho mejores con velocidades de carga / descarga muy rápidas.
Diseñar y mejorar las baterías de iones de litio Li-ion es crucial para extender los límites de los dispositivos electrónicos modernos y los vehículos eléctricos porque las baterías de iones de litio son prácticamente ubicuas. Científicos del Instituto de Tecnología de Tokio Tokyo Tech, dirigido por el ProfTaro Hitosugi había informado previamente sobre un nuevo tipo de batería de estado sólido, también basada en iones de litio, que superó uno de los principales problemas de esas baterías: la alta resistencia en la interfaz entre los electrodos y los electrolitos que limita la carga rápida./descarga.
Aunque los dispositivos que produjeron eran muy prometedores y eran mucho mejores que las baterías de iones de litio convencionales en algunos aspectos, el mecanismo detrás de la resistencia de interfaz reducida no estaba claro. Ha sido difícil analizar las interfaces enterradas en baterías de estado sólidosin dañar sus capas. Por lo tanto, Hitosugi y su equipo de investigadores investigaron nuevamente las baterías de estado sólido para arrojar luz sobre este tema. Sospecharon que la cristalinidad que indica qué tan ordenado y periódico es un sólido en el electrodo-electrolitoLa interfaz desempeñó un papel clave en la definición de la resistencia de la interfaz.
Para probar esto, fabricaron dos baterías diferentes de estado sólido compuestas de capas de electrodos y electrolitos utilizando una técnica de deposición por láser pulsado. Una de estas baterías presumiblemente tenía una alta cristalinidad en la interfaz electrodo-electrolito, mientras que la otra no.. La confirmación de esto fue posible mediante el uso de una técnica novedosa llamada análisis de dispersión de barras de truncamiento de cristal de rayos X. "Los rayos X pueden alcanzar las interfaces enterradas sin destruir las estructuras", explica Hitosugi.
Con base en sus resultados, el equipo concluyó que una interfaz electrodo-electrolito altamente cristalina resultó en una resistencia de interfaz baja, produciendo una batería de alto rendimiento. Al analizar la estructura microscópica de las interfaces de sus baterías, propusieron una explicación plausible para elMayor resistencia de las baterías con interfaces menos cristalinas. Los iones de litio están atrapados en las interfaces menos cristalinas, lo que dificulta la conductividad iónica. "La fabricación controlada de la interfaz electrolito / electrodo es crucial para obtener una resistencia de interfaz baja", explica Hitosugi. El desarrollo de teorías y simulacionescomprender mejor la migración de iones de Li será crucial para finalmente lograr baterías útiles y mejoradas para todo tipo de dispositivos basados en electroquímica.
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Materiales proporcionados por Instituto de Tecnología de Tokio . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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