Los defectos intencionales en las baterías han dado a los científicos de la Universidad de Rice una ventana a los peligros de empujar las células de iones de litio demasiado lejos.
Nuevas simulaciones del científico de materiales de Rice Ming Tang y el estudiante graduado Kaiqi Yang, detalladas en el Revista de Química de Materiales A , muestra demasiado estrés en los cátodos de fosfato de hierro y litio ampliamente utilizados puede abrir grietas y degradar rápidamente las baterías.
El trabajo amplía la investigación reciente de Rice que demostró cómo poner defectos en las partículas que forman el cátodo podría mejorar el rendimiento de la batería en hasta dos órdenes de magnitud al ayudar al litio a moverse de manera más eficiente.
Pero el estudio de modelado posterior del laboratorio reveló una advertencia. Bajo la presión de una carga y descarga rápidas, los cátodos cargados de defectos corren el riesgo de fracturarse.
"La imagen convencional es que el litio se mueve uniformemente en el cátodo, con una región rica en litio que se expande suavemente en el centro del cátodo", dijo Tang, profesor asistente de ciencia de materiales y nanoingeniería en la Escuela de Ingeniería Brown de Rice.
Pero las imágenes de rayos X tomadas en otro laboratorio mostraron algo más. "Vieron un límite en forma de dedo entre las regiones ricas en litio y pobres en litio, casi como cuando se inyecta agua en el petróleo", dijo. "Nuestra pregunta fue:¿Qué causa esto? "
La raíz del problema parece ser que el estrés desestabiliza el límite inicialmente plano y hace que se vuelva ondulado, dijo Tang. El cambio en la forma del límite aumenta aún más el nivel de estrés y desencadena la formación de grietas. El estudio del grupo de Tang muestra quedicha inestabilidad puede incrementarse por un tipo común de defecto en los compuestos de la batería llamados antisites, donde los átomos de hierro ocupan puntos en el cristal donde deberían estar los átomos de litio.
"Los antisitios pueden ser algo bueno, como mostramos en el último artículo, porque aceleran la cinética de intercalación de litio", dijo Tang, "pero aquí mostramos un efecto secundario: Demasiados antisitios en las partículas fomentan que la interfaz móvil se convierta eninestable y por lo tanto generar más estrés ".
Tang cree que hay un punto óptimo para la cantidad de antisitios en un cátodo: suficiente para mejorar el rendimiento pero muy pocos para promover la inestabilidad. "Desea tener un nivel adecuado de defectos, y requerirá algo de prueba y error para descubrirlocómo alcanzar la cantidad correcta mediante el recocido de las partículas ", dijo." Creemos que nuestras nuevas predicciones podrían ser útiles para los experimentadores ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Rice . Original escrito por Mike Williams. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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