Una mirada más cercana revela cómo la carga rápida puede obstaculizar el rendimiento de la batería.
Si bien los tanques de gasolina se pueden llenar en cuestión de minutos, cargar la batería de un automóvil eléctrico lleva mucho más tiempo. Para nivelar el campo de juego y hacer que los vehículos eléctricos sean más atractivos, los científicos están trabajando en tecnologías de carga rápida.
La carga rápida es muy importante para los vehículos eléctricos ", dijo el científico de la batería Daniel Abraham, del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. DOE." Nos gustaría poder cargar la batería de un vehículo eléctrico en menos de 15 minutos,e incluso más rápido si es posible "
"Al ver exactamente cómo se distribuye el litio dentro del electrodo, estamos ganando la capacidad de determinar con precisión la forma no homogénea en que envejece una batería". - Daniel Abraham, científico de baterías de Argonne
El principal problema con la carga rápida ocurre durante el transporte de iones de litio desde el cátodo positivo al ánodo negativo. Si la batería se carga lentamente, los iones de litio extraídos del cátodo gradualmente se colocan entre los planos de átomos de carbono que formanel ánodo de grafito, un proceso conocido como intercalación de litio.
Pero cuando este proceso se acelera, el litio puede terminar depositándose en la superficie del grafito como metal, lo que se denomina recubrimiento de litio. "Cuando esto sucede, el rendimiento de la batería sufre drásticamente, porque el litio plateado no puede serse movió de un electrodo a otro ", dijo Abraham.
Según Abraham, este metal de litio reducirá químicamente el electrolito de la batería, causando la formación de una interfase de electrolito sólido que une los iones de litio para que no puedan ser transportados entre los electrodos. Como resultado, se puede almacenar menos energía en elbatería con el tiempo
Para estudiar el movimiento de los iones de litio dentro de la batería, Abraham se asoció con el investigador postdoctoral Koffi Pierre Yao y el físico de rayos X de Argonne John Okasinski en Advanced Photon Source, una instalación de usuarios de la Oficina de Ciencia del DOE. Allí, Okasinski esencialmente creó unImagen 2D de la batería mediante el uso de rayos X para obtener imágenes de cada fase de grafito litiado en el ánodo.
Al obtener esta vista, los investigadores pudieron cuantificar con precisión la cantidad de litio en diferentes regiones del ánodo durante la carga y descarga de la batería.
En el estudio, los científicos establecieron que el litio se acumula en regiones más cercanas al separador de la batería en condiciones de carga rápida.
"Se podría esperar eso solo por el sentido común", explicó Abraham. "Pero al ver exactamente cómo se distribuye el litio dentro del electrodo, estamos obteniendo la capacidad de determinar con precisión la forma no homogénea en que envejece una batería".
Para ver selectivamente una región particular en el corazón de la batería, los investigadores utilizaron una técnica llamada difracción de rayos X por dispersión de energía. En lugar de variar el ángulo del haz para alcanzar áreas particulares de interés, los investigadores variaron la longitud de onda delIncidente de luz.
Al usar rayos X, los científicos de Argonne pudieron determinar las estructuras cristalinas presentes en las capas de grafito. Debido a que el grafito es un material cristalino, la inserción de litio hace que la red de grafito se expanda en diversos grados. Esta hinchazón de las capas esSe nota como una diferencia en los picos de difracción, dijo Okasinski, y las intensidades de estos picos dan el contenido de litio en el grafito.
Si bien esta investigación se enfoca en baterías pequeñas de celda de moneda, Okasinski dijo que estudios futuros podrían examinar el comportamiento de la litiación en baterías de celda de bolsa más grandes, como las que se encuentran en teléfonos inteligentes y vehículos eléctricos.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional de Argonne . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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