Revelada por primera vez la estructura interna en 3D de las pilas recargables
Investigadores de la Universidad de Lancaster han desarrollado una técnica pionera para observar por primera vez la estructura interna tridimensional de las pilas recargables.
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La investigación, publicada en Nature Communications, está dirigida por el profesor Oleg Kolosov, del Departamento de Física de Lancaster, en colaboración con el University College de Londres y el Consorcio NEXGENNA Faraday Institution.
El equipo utilizó una novedosa técnica basada en la microscopía nanorreológica 3D (3DNRM) para visualizar la nanoestructura tridimensional del interior de las baterías recargables, desde la doble capa eléctrica a escala molecular hasta la capa superficial electroquímica de espesor nanométrico de la superficie del ánodo de grafito de una batería de iones de litio.
Por primera vez, esto permitió la observación directa de la progresión de toda la estructura tridimensional de la interfaz eléctrica sólida (SEI), una capa de pasivación a nanoescala formada en la interfaz electrodo-electrolito de la batería, que predetermina propiedades clave de la batería.
Los autores pudieron revelar los factores clave que predicen la formación de la capa SEI en una compleja interacción de las estructuras de doble capa eléctrica de dimensión molecular, las propiedades superficiales de las capas de carbono y la interacción entre el disolvente y los iones de Li en el electrolito.
La nanoarquitectura de las interfaces sólido-líquido es fundamental para las baterías de alto rendimiento, pero ha sido difícil caracterizar las interfaces de reacción dentro de las baterías debido a su inaccesibilidad inherente.
El Dr. Yue Chen, de la Universidad de Lancaster, que es el autor principal, dijo: "Hasta ahora, la comprensión del mecanismo de formación de SEI sigue siendo un área muy difícil y menos explorada debido a la falta de una técnica de caracterización interfacial capaz tanto de resolución a nanoescala como de funcionamiento en el entorno de trabajo de las baterías".
La dinámica de las reacciones interfaciales define el flujo y la conversión de energía y rige la transferencia de especies químicas en importantes procesos físicos, químicos y biológicos, desde reacciones catalíticas, almacenamiento y liberación de energía en baterías, hasta interacciones antígeno-anticuerpo y transmisión de información a través de células neuronales.
Esto abre un amplio abanico de campos para la nueva técnica, desde el almacenamiento de energía y la ingeniería química hasta las aplicaciones biomédicas.
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