Crédito: dominio público CC0
Un equipo de químicos dirigido por Feng Lin y Louis Madsen encontró una manera de ver las interfaces de la batería, que son puntos apretados y difíciles enterrados en el fondo de la celda. Los resultados de la investigación se publicaron en la revista Nature Nanotechnology.
“Hay desafíos importantes y de larga data en las interfaces”, dijo Jungki Min, estudiante graduado de química y primer autor del estudio. “Siempre estamos tratando de obtener un mejor control sobre estas superficies enterradas”.
El descubrimiento del miembro del equipo de una nueva técnica de imagen que les permitió mirar dentro de una batería operativa ocurrió por casualidad. Originalmente estaban mirando una nueva formulación de material electrolítico.
La mejor batería
Inscurado entre los electrodos negativos y positivos, el electrolito es el relleno que transporta partículas cargadas, llamadas iones, de ida y vuelta para cargar y descargar una batería.
Los electrolitos tienen muchas combinaciones de componentes posibles que involucran sales, solventes y aditivos. Pueden ser líquidos, sólidos, como gel o incluso multifásicos, lo que significa que el material puede cambiar de rígido a flexible dependiendo de las condiciones.
Pero, ¿cuál es el mejor material para usar para la tarea crítica de transportar carga?
Esa es una de las grandes preguntas en la ciencia en este momento, y es clave para desarrollar baterías de alta energía con una vida útil más larga que pueden ser estables a temperaturas extremas, todas las cualidades importantes para la próxima generación de vehículos eléctricos, electrodomésticos y otras tecnologías con baterías como la inteligencia artificial.
Donde la energía va a desaparecer
Para responder a esta pregunta, Lin y Madsen han estado viendo algo llamado electrolito de polímero multifásico, que tiene el potencial de almacenar más energía en el mismo tamaño de batería, junto con ser más seguro y barato que las baterías convencionales.
El laboratorio de Madsen descubrió un electrolito multifásico, llamado compuesto iónico molecular, en 2015. Los grupos de investigación de Madsen y Lin han estado trabajando juntos para construir baterías de litio y sodio en función de esta formulación, y han estado haciendo mejoras consistentes.
Pero hay algunas advertencias: las baterías están plagadas de crecimientos extraños y comportamientos inútiles que brotan donde el electrolito y los electrodos se unen en ese triángulo de las baterías de las bermudas, las interfaces.
Insight en las interfaces
Para echar un vistazo a lo que estaba causando el comportamiento de la interfaz de Spazzy, Min realizó muchos viajes al Laboratorio Nacional de Brookhaven en los últimos años.
La línea de haz de rayos X de Energía Tender Brookhaven se usa mucho para analizar cosas como meteoritos y hongos. Pero nadie lo había usado para mirar electrolitos de polímeros.
Lo que los investigadores encontraron, combinado con los resultados de otras técnicas de imagen, les permitió identificar la fuente de los problemas: parte del sistema de soporte arquitectónico degradado a medida que la batería ciclaba, lo que lleva a una falla eventual.
Pero es más que un simple diagnóstico simple.
De aquí en adelante, los investigadores pueden usar esta técnica para finalmente ver la estructura intrincada y las reacciones químicas de las interfaces enterradas.
“Esta ha sido una gran colaboración entre múltiples laboratorios de investigación en todo el país”, dijo Lin, quien es miembro de la facultad de Leo y Melva Harris. “Ahora tenemos una buena imagen mecanicista para guiarnos para un mejor diseño de interfaces e interfases en baterías de polímeros sólidos”.
Más información: Investigar el efecto de las heterogeneidades a través del electrodo | interfaces de electrolitos de polímero multifásico en baterías de litio de alto potencial, nanotecnología de la naturaleza (2025). Doi: 10.1038/s41565-025-01885-5
Proporcionado por Virginia Tech
Cita: el diagnóstico de un fracaso puede conducir a una mejor batería (2025, 1 de abril) recuperada el 1 de abril de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-03-dud-battery.html
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