Las baterías de iones de litio LIB son un tipo común de baterías recargables. Su naturaleza versátil y numerosas aplicaciones en todo tipo de dispositivos electrónicos, desde teléfonos móviles hasta automóviles, las hace parecer demasiado buenas para ser verdad.son: recientemente, ha habido un aumento en la cantidad de incidentes relacionados con incendios asociados con los LIB, especialmente durante la carga, lo que genera serias preocupaciones sobre su seguridad. Los científicos ahora saben que estos incidentes pueden deberse al uso de un cargador roto o no autorizado. A menudo, el uso inadecuado de estos cargadores y la sobrecarga pueden conducir a la formación de estructuras puntiagudas en el electrodo negativo de la batería, llamadas "dendritas de litio Li", que penetran a través de la barrera entre los electrodos negativo y positivo y provocan un cortocircuito.Por lo tanto, observar exactamente cómo se produce la formación de dendrita es crucial para mejorar la seguridad de las LIB.
Los científicos de la Universidad de Okayama, dirigidos por el profesor asociado Kazuma Gotoh, dieron recientemente un paso en esta dirección, en un nuevo estudio publicado en Revista de química de materiales A . Profundizaron en encontrar el mecanismo preciso de formación de dendritas en LIBs, en un esfuerzo por superar sus limitaciones y facilitar su aplicación práctica. El Dr. Gotoh explica: "Queríamos analizar la formación de dendritas metálicas en baterías secundarias recargablesy contribuir a mejorar la seguridad de las baterías ".
Los estudios anteriores que intentaron comprender el proceso de formación de dendrita de Li tuvieron éxito hasta cierto punto: revelaron que cuando la batería está en un estado sobrecargado, la formación de dendritas ocurre en la fase de "sobrelitiación" del ciclo de la batería. Pero estos experimentosse realizaron ex situ fuera del entorno electroquímico real y, por lo tanto, no se encontró el momento exacto de inicio de la formación de dendrita. En su nuevo estudio, el Dr. Gotoh y su equipo decidieron superar esta limitación. Pensaron que aplicando "operando"que replican el entorno electroquímico a una técnica analítica llamada "resonancia magnética nuclear" RMN, pueden rastrear con precisión los átomos de Li en la estructura interna de los materiales, lo que no es posible cuando se utilizan métodos ex situ.
Con esta técnica, el equipo había logrado previamente observar los estados de sobrecarga de dos tipos de electrodos negativos, electrodos de grafito y de carbono duro, en la fase de sobrelitiación de un LIB. En el nuevo estudio, llevaron esto al siguientenivel mediante la observación del estado de estos electrodos durante el proceso de litiación y delitiación el ciclo de "carga y descarga" de la batería. Su análisis de RMN les ayudó a rastrear el tiempo de inicio preciso de la formación de dendrita y la deposición de Li en la batería sobrecargada, paratanto los electrodos de grafito como los de carbono duro. En el grafito, encontraron que las dendritas de Li se forman poco después de que ocurra la fase "completamente litiada" del electrodo. En el electrodo de carbono duro, por el contrario, observaron que las dendritas se forman sólo después de "cuasimetálicas"Los cúmulos de Li ocurren en los poros del carbono duro. Por lo tanto, los científicos dedujeron que cuando la batería está sobrecargada, la formación de cúmulos de Li cuasimetálicos actúa como un amortiguador para la formación de Li dend.ritos en electrodos de carbono duro.Incluso aplicaron el mismo análisis a otro tipo de batería recargable, llamada batería de iones de sodio NIB, y encontraron resultados similares.El Dr. Gotoh explica: "Descubrimos que algunos materiales de carbono que tienen poros internos como el carbono amorfo tienen un efecto tampón para la deposición de dendritas de Li y Na durante la sobrecarga de las baterías. Este conocimiento desempeñará un papel importante para garantizar la seguridad de los LIBy NIB. "
Al revelar las complejidades de los mecanismos de formación de dendrita en LIB y NIB, el Dr. Gotoh y su equipo brindan información útil sobre su seguridad. De hecho, los científicos son optimistas de que sus hallazgos se pueden aplicar a otros tipos de baterías recargables en el futuroEl Dr. Gotoh concluye: "Nuestros hallazgos pueden aplicarse no solo a LIB y NIB, sino también a baterías secundarias de próxima generación, como todas las baterías de estado sólido. Este es un paso importante para facilitar su aplicación práctica".
Con los hallazgos de este nuevo estudio, podemos esperar que posiblemente estemos un paso más cerca de hacer realidad nuestro sueño de recursos energéticos verdaderamente sostenibles.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Okayama . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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