De camino a la superbatería

Una fuente de neutrones de investigación proporciona información sobre las baterías de almacenamiento de litio

10.06.2022 - Alemania

Un equipo de investigación dirigido por la Universidad Técnica de Múnich (TUM) ha analizado en profundidad el funcionamiento interno de las baterías durante su carga y descarga. Sus hallazgos pueden ayudar a optimizar los procesos de carga.

Cuando un coche eléctrico se está cargando, el indicador de carga se mueve rápidamente al principio, pero mucho más lentamente al final. "Es como meter las cosas en un armario: Al principio es fácil, pero encontrar espacio disponible se vuelve más difícil a medida que el armario se llena", afirma el Dr. Anatoliy Senyshyn, de la Fuente de Neutrones de Investigación Heinz Maier-Leibnitz (FRM II) de la Universidad Técnica de Múnich.

Ya se conoce la estructura interna de una batería antes y después del proceso de carga. Dirigido por el Heinz Maier-Leibnitz Zentrum (MLZ) de la TUM, un equipo de investigación ha observado por primera vez la distribución del litio de una batería durante todo el proceso de carga y descarga con el difractómetro de ciencia de los materiales STRESS-SPEC. A continuación, verificaron las mediciones con el difractómetro de polvo de alta resolución SPODI.

La distribución de los iones de litio es crucial

Los iones de litio se desplazan del cátodo al ánodo durante la carga, y en sentido inverso durante la descarga. En sus investigaciones, los investigadores comprobaron que la distribución del litio cambia constantemente durante la carga y la descarga. "Cuando el litio está distribuido de forma desigual, el intercambio de litio entre el ánodo y el cátodo no funciona al cien por cien en las partes de la batería donde hay mucho o poco litio. Sin embargo, una distribución uniforme del litio aumenta el rendimiento", dice Senyshyn.

Más exacto, más pequeño, mejor

Los investigadores consiguieron captar la distribución desigual del litio en una batería con imágenes de alta resolución: Para obtener la situación en toda la batería, investigaron un pequeño volumen parcial tras otro y juntaron estas imágenes individuales para formar una imagen global.

Con la ayuda del DESY ("Deutsches Elektronen-Synchrotron") de la Asociación Helmholtz y la Instalación Europea de Radiación Sincrotrón ESRF, fue posible seleccionar volúmenes parciales con dimensiones del orden de los micrómetros. Como resultado, los investigadores descubrieron que el litio se distribuye de forma desigual no sólo a lo largo de las capas del electrodo, sino también perpendicularmente a las mismas.

Carga rápida vs. autonomía

Los efectos observados pueden ayudar al desarrollo a largo plazo de baterías recargables, por ejemplo para coches eléctricos, dice Senyshyn: "La distribución del litio puede influir en muchas propiedades de las baterías. Cuando las tengamos más controladas, podremos mejorar considerablemente el rendimiento de las baterías en el futuro".

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Publicación original

D. Petz, M. J. Mühlbauer, V. Baran, A. Schökel, V. Kochetov, M. Hofmann, V. Dyadkin, P. Staron, G. Vaughan, U. Lienert, P. Müller-Buschbaum, A. Senyshyn; Lithium distribution and transfer in high-power 18650-type Li-ion cells at multiple length scales; Energy Storage Materials, Volume 41 (2021), Pages 546-553

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