El ingeniero de Texas Stephen Fuller trabaja en una batería. Crédito: la Universidad de Texas en Austin
Los ingenieros de Texas han descubierto un nuevo fenómeno en las baterías modernas, uno que podría usarse para mejorar sus ciclos de vida.
El rendimiento de la batería sufre con el tiempo, como cuando un teléfono debe cargarse con más frecuencia después de años de uso. Una película delgada que se forma en el ánodo de metal cuando la batería está cargando y descarga juega un papel en ese tema. Esta película tiene beneficios, pero su rugosidad gradualmente desgasta la batería.
Los investigadores han descubierto una versión temporal de esta película que aparece a velocidades de descarga rápidas y se disuelve nuevamente en la batería cuando termina el proceso. Esta interfase transitoria de electrolitos sólidos (T-SEI) promueve una superficie más suave del ánodo metálico que la versión permanente, ofreciendo protección mientras evita la abrasividad dañina y los problemas a largo plazo resultantes.
Esta investigación, publicada en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias, podría mejorar significativamente el rendimiento y la seguridad de los dispositivos cotidianos, desde teléfonos inteligentes hasta automóviles eléctricos y mejorar el potencial de las baterías como una opción viable para el almacenamiento de energía a gran escala.
“Al controlar esta interfase transitoria, podemos diseñar baterías que funcionen mejor en condiciones de alta demanda, durar más y son menos propensos a la falla”, dijo Stephen T. Fuller, Ph.D. Estudiante en el Departamento de Ingeniería Química de la Escuela Cockrell de Ingeniería McKetta, miembro del Programa de Posgrado de Ciencias e Ingeniería de Defensa Nacional y autor principal de la investigación.
Gran parte de la atención en la comunidad de la batería generalmente va al proceso de recarga, cuando una fuente de alimentación externa saca electrones del cátodo al ánodo para dar energía a la batería. Esta nueva información provino de estudiar de cerca el proceso de descarga, lo que indica que esta área podría conducir a mayores avances que mejoran el rendimiento de la batería.
“Antes de unirme a UT, pasé toda mi carrera mirando el proceso de recarga en baterías, pero quería estudiar el otro lado de la ecuación”, dijo Kent Zheng, profesor asistente de ingeniería química que llegó a UT en 2023 y recientemente fue nombrado para la lista de ciencias de Forbes 30 bajo 30. “El proceso de descarga de la batería se ha pasado por alto en nuestra comunidad”.
Para este proyecto, los investigadores utilizaron una batería acuosa, que presenta una solución electrolítica hecha principalmente de agua. Esta solución traslada los iones a través de la batería para facilitar la carga y la descarga.
Célula RDE utilizada para la visualización in-operando. Crédito: Actas de la Academia Nacional de Ciencias (2025). Doi: 10.1073/pnas.2425752122 Crédito: Universidad de Texas en Austin
Las baterías acuosas tienen un enorme potencial para el almacenamiento de energía de la red a gran escala, almacenando energías renovables como la energía eólica y solar hasta que necesiten ser desplegadas. Son menos inflamables y dependen de materiales de menor costo y más sostenibles que otros tipos de baterías. Sin embargo, esta tecnología aún necesita refinamiento antes de que pueda definirse a grandes escalas.
Los sistemas electroanalíticos de última generación, incluido un electrodo de disco giratorio y en la visualización operando, fueron críticos para descubrir la formación y el comportamiento de T-SEI. La película se forma a partir de la superesaturación, lo que conduce a la deposición de sal en el electrodo.
La interfaz transitoria se disuelve por completo cuando la batería descansa, dejando una superficie limpia y plana. La formación de la capa T-SEI durante el ciclo redujo la rugosidad de la superficie en un 42%, mejorando la eficiencia de la batería y la durabilidad.
Los investigadores planean aplicar este descubrimiento a otros tipos de baterías para ver si el T-SEI también aparece en ellas. Aprovechar este fenómeno podría ayudar a los investigadores a disminuir o eliminar la formación de dendritas, estructuras irregulares que se desarrollan en muchos ciclos de carga de carga que pueden acortar una batería o causar un rendimiento reducido con el tiempo.
Más información: Stephen T. Fuller et al, en la interfase transitoria oculta en ánodos metálicos: la precipitación dinámica controla las interfaces electroquímicas en las baterías, Actas de la Academia Nacional de Ciencias (2025). Doi: 10.1073/pnas.2425752122
Proporcionado por la Universidad de Texas en Austin
Cita: suavizado sobre bordes rugosos en baterías: el descubrimiento podría mejorar la durabilidad del dispositivo (2025, 15 de abril) recuperado el 15 de abril de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-04-smoothing-rough-edges-batteries-discovery.html
Este documento está sujeto a derechos de autor. Además de cualquier trato justo con el propósito de estudio o investigación privada, no se puede reproducir ninguna parte sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona solo para fines de información.
