No más juegos con fuego: El estudio ofrece una visión de las baterías recargables "más seguras"...
Los científicos utilizan una nueva técnica para revelar cómo se forman las dendritas en las baterías recargables
Las baterías de iones de litio (LIB) son un tipo común de baterías recargables. Su naturaleza versátil y sus numerosas aplicaciones en todo tipo de dispositivos electrónicos, desde teléfonos móviles hasta coches, las hacen parecer demasiado buenas para ser verdad. Y tal vez lo sean: recientemente, ha habido un aumento en el número de incidentes relacionados con incendios asociados a las LIB, especialmente durante la carga, lo que causa serias preocupaciones sobre su seguridad. Los científicos saben ahora que estos incidentes pueden deberse al uso de un cargador roto o no autorizado. A menudo, el uso indebido de estos cargadores y la sobrecarga pueden dar lugar 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 causan un cortocircuito. Por lo tanto, mirar exactamente cómo se produce la formación de dendritas es crucial para mejorar la seguridad de las LIB.
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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 el Journal of Materials Chemistry A. Se profundizaron en la búsqueda del mecanismo preciso de formación de dendritas en los 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 (recargables) y contribuir a mejorar la seguridad de las baterías".
Los estudios anteriores que trataron de comprender el proceso de formación de las dendritas de Li tuvieron éxito hasta cierto punto: revelaron que cuando la batería está en un estado de sobrecarga, la formación de dendritas ocurre en la fase de "sobreliteración" del ciclo de la batería. Pero, estos experimentos se realizaron ex situ (fuera del entorno electroquímico real), y por lo tanto no se encontró el momento exacto del inicio de la formación de las dendritas. En su nuevo estudio, el Dr. Gotoh y su equipo decidieron superar esta limitación. Supusieron que aplicando los métodos "operando" (que replican el entorno electroquímico) a una técnica analítica llamada "resonancia magnética nuclear" (RMN), podían 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.
Utilizando esta técnica, el equipo había logrado anteriormente observar los estados de sobrecarga de dos tipos de electrodos negativos - electrodos de grafito y de carbono duro - en la fase de sobreliteración de un LIB. En el nuevo estudio, llevaron esto al siguiente nivel al observar el estado de estos electrodos durante el proceso de litiación y deslitilación (el ciclo de "carga y descarga" de la batería). Su análisis de RMN les ayudó a rastrear el tiempo preciso de inicio de la formación de dendritas y la deposición de Li en la batería sobrecargada, tanto para los electrodos de grafito como para los de carbono duro. En el grafito, encontraron que las dendritas de Li se forman poco después de que se produce la fase "totalmente litificada" del electrodo. En el electrodo de carbono duro -en contraste- observaron que las dendritas se forman sólo después de que se producen agrupaciones de Li "cuasimetálicas" en los poros del carbono duro. Por lo tanto, los científicos dedujeron que cuando la batería se sobrecarga, la formación de cúmulos de Li cuasimetálicos actúa como un amortiguador para la formación de dendritas de Li en los 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: "Encontramos 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 jugará un papel importante para asegurar la seguridad de los LIB y NIB".
Al revelar las complejidades de los mecanismos de formación de dendritas en los LIB y NIB, el Dr. Gotoh y su equipo proporcionan una útil visión de su seguridad. De hecho, los científicos son optimistas en cuanto a que sus hallazgos pueden ser aplicados a otros tipos de baterías recargables en el futuro. El Dr. Gotoh concluye: "Nuestros hallazgos pueden aplicarse no sólo a los LIB y NIB, sino también a las pilas secundarias de nueva generación, como todas las pilas 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 realizar nuestro sueño de recursos energéticos verdaderamente sostenibles.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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