No coloque sus dispositivos electrónicos en un horno tostador todavía, pero para una batería de mayor duración, algún día podría calentarlos cuando no los use. Con el tiempo, los electrodos dentro de una celda de batería recargable pueden volverse pequeños,filamentos en forma de rama llamados dendritas, que causan cortocircuitos que matan la batería o incluso la encienden en llamas, pero gracias a nuevos experimentos y simulaciones por computadora, los investigadores del Instituto de Tecnología de California han explorado en detalle cómo las temperaturas más altas pueden descomponer estas dendritas.- y posiblemente prolongar la vida útil de la batería.
Una celda de batería consta de un electrodo positivo y negativo, llamado cátodo y ánodo. A medida que la batería produce corriente eléctrica, los electrones fluyen desde el ánodo a través de un circuito fuera de la batería y de regreso al cátodo. Habiendo perdido los electrones que están generandola corriente, algunos de los átomos en el ánodo, un metal conductor de electricidad como el litio, se convierten en iones que luego viajan al cátodo, moviéndose a través de un medio líquido conductor llamado electrolito.
La recarga de la batería invierte el proceso y los iones viajan de regreso y se adhieren al ánodo. Pero cuando lo hacen, los iones no se unen de manera uniforme. En cambio, forman protuberancias microscópicas que eventualmente se convierten en ramas largas después de múltiples ciclos de recarga.Cuando estas dendritas alcanzan y entran en contacto con el cátodo, forman un cortocircuito. La corriente eléctrica ahora fluye a través de las dendritas en lugar del circuito externo, haciendo que la batería quede inútil y muerta.
La corriente también calienta las dendritas, y debido a que el electrolito tiende a ser inflamable, las dendritas pueden encenderse. Incluso si las dendritas no provocan un cortocircuito en la batería, pueden desprenderse del ánodo por completo y flotar en el electrolito.De esta manera, el ánodo pierde material y la batería no puede almacenar tanta energía.
"Las dendritas son peligrosas y reducen la capacidad de las baterías recargables", dijo Asghar Aryanfar, científico de Caltech, quien dirigió el nuevo estudio que se publicó esta semana en la portada El diario de la física química , de AIP Publishing. Aunque los investigadores analizaron las baterías de litio, que se encuentran entre las más eficientes, sus resultados se pueden aplicar ampliamente. "El problema de la dendrita es general para todas las baterías recargables", dijo.
Los investigadores cultivaron dendritas de litio en una batería de prueba y las calentaron durante un par de días. Descubrieron que temperaturas de hasta 55 grados centígrados acortaron las dendritas hasta en un 36 por ciento. Para averiguar exactamente qué causó esta contracción, los investigadores utilizaronuna computadora para simular el efecto del calor en los átomos de litio individuales que comprenden una dendrita, que se modeló con la geometría simple e idealizada de una pirámide.
Las simulaciones mostraron que el aumento de la temperatura provocó que los átomos se movieran de dos maneras. El átomo en la punta de la pirámide puede caer a niveles más bajos. O, un átomo en un nivel más bajo puede moverse y dejar un lugar vacío, queluego se llena con otro átomo. Los átomos se barajan, generando suficiente movimiento para derribar la dendrita.
Aryanfar dijo que al cuantificar cuánta energía se necesita para cambiar la estructura de la dendrita, los investigadores pueden comprender mejor sus características estructurales. Y aunque muchos factores afectan la longevidad de una batería a altas temperaturas, como su tendencia a descargarse por sí solao la aparición de otras reacciones químicas en el costado: este nuevo trabajo muestra que para revitalizar una batería, todo lo que necesita es un poco de calor adicional.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Americano de Física AIP . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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