Científicos especialistas en baterías hacen una observación rompedora

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El potencial de las baterías de estado sólido para proporcionar una alternativa más segura y pequeña a las actuales tecnologías de iones de litio es bien conocido y los grupos de investigación de todo el mundo están trabajando para superar los problemas que impiden la adopción comercial de la tecnología.

Un “rompedor” descubrimiento realizado por los científicos del Instituto de Tecnología de Georgia podría ayudar a que la investigación avance en la dirección correcta. El equipo construyó una batería de estado sólido con una capa de cerámica sólida como electrolito entre dos capas de litio. Luego utilizaron la tomografía computarizada de rayos X -una técnica similar a las tomografías computarizadas utilizadas en medicina- para observar su comportamiento y degradación durante la carga y descarga.

“El desafío es averiguar cómo hacer que estas piezas sólidas encajen y se comporten bien durante largos periodos de tiempo”, dijo Matthew McDowell, profesor asistente de la Escuela de Ingeniería Mecánica George W. Woodruff y de la Escuela de Ciencia e Ingeniería de Materiales. “Estamos trabajando en cómo diseñar estas interfaces entre estas piezas sólidas para que duren el mayor tiempo posible.”

Aparecieron grietas

Los resultados, publicados en el artículo “Visualizing Chemomechanical Degradation of a Solid-State Battery Electrolyte” (“Visualización de la degradación química de un electrolito de batería de estado sólido”), en la revista ACS Energy Letters, ilustran cómo se empezaron a formar grietas en la capa de electrolito en pocos días, lo que provocó una mayor resistencia al flujo de iones.

Según McDowell, anteriormente se pensaba que la causa de la degradación de la batería eran las reacciones químicas en la interfaz entre el litio metálico y el electrolito, en lugar de la formación de grietas en las células.

“Lo que aprendimos al hacer esta imagenología es que en este material en particular no son las reacciones químicas en sí las que son malas, pues no afectan el rendimiento de la batería”, agregó. “Lo malo es que la célula se fractura y eso destruye el rendimiento de la célula.”

Los investigadores dicen que es probable que su descubrimiento también se aplique a las sustancias químicas de las baterías de estado sólido alternativas y que podría ayudar a influir en la investigación futura sobre la creación de conceptos duraderos para esta prometedora tecnología.

“En las baterías de iones de litio normales, los materiales que utilizamos definen cuánta energía podemos almacenar”, dijo McDowell. “El litio puro es el que más aguanta, pero no funciona bien con electrolitos líquidos. Pero si pudieras usar litio sólido con un electrolito sólido, sería el santo grial de la densidad de energía”.