Instantánea de una capa celular durante el ciclo de carga de la celda de bolsas Li-Sol utilizando tomografía de neutrones de operando: las regiones que están bien húmedas parecen verdes, mientras que las regiones mal húmedas se muestran en rojo. Crédito: L Lu et al., Avanzado Energy Materials 2025
Utilizando un método no destructivo, un equipo de HZB investigó las células prácticas de la bolsa de litio-azufre con electrolito magro por primera vez. Con la tomografía operativa de neutrones, podrían visualizar en tiempo real cómo el electrolito líquido distribuye y ribera los electrodos a través de múltiples capas durante la carga y descarga. Estos hallazgos, publicado En materiales energéticos avanzados, ofrezca información valiosa sobre los mecanismos de falla celular y son útiles para diseñar baterías compactas de LI-S con una alta densidad de energía en formatos relevantes para las aplicaciones industriales.
Como una de las baterías de batería de próxima generación más prometedoras, las baterías de litio-sulfur (LI-S) pueden lograr densidades de energía gravimétricas ultraghigh (por ejemplo, por encima de 700 wh/kg frente a ~ 250 wh/kg para las baterías de iones de litio de última generación), lo que los hace particularmente atractivos para aeropacias, robots y aplicaciones de vehículos eléctricos a largo plazo. El azufre abundante y de bajo costo proporciona una alternativa convincente a los metales críticos y geopolíticamente sensibles (p. Ej., CO, Ni) utilizados en baterías de iones de litio.
Reducir el peso es complicado
Sin embargo, la densidad de energía práctica a menudo está limitada por la fracción de alto peso de los materiales inactivos como el electrolito. Para aumentar la densidad de energía de las baterías de litio-azufre a nivel celular, es necesaria reducir la cantidad de electrolito. Sin embargo, cuanto menos electrolito hay en la celda de la batería, más desafiante será mojar completamente los electrodos. La humectación incompleta interrumpe los procesos electroquímicos y hace que la batería envejezca más rápido o incluso falle.
“Las preguntas críticas son cómo los electrodos de electrodos de los electrolitos, se infiltran en los poros de electrodos y se distribuyen en las celdas de la bolsa de Li-sy, y luego cómo estas propiedades afectan el rendimiento de la celda. Debido a la configuración cerrada de las baterías, es extremadamente desafiante observar la calidad de los electrolíticos que humedecen no la obligación”, dice el químico HZB Prof. Dr. Yan Lu Who Who Who.
Tomografía de neutrones: un aspecto profundo en tiempo real
Para observar la humectación dinámica de las celdas de la bolsa durante la carga y la descarga en los sistemas de batería LI-S, el equipo de Yan Lu diseñó las celdas de bolsas multicapa y los experimentos de operando. Las baterías multicapa de celda Li-S Pouch se fabrican en el laboratorio de ensamblaje de celdas de la bolsa de HZB utilizando electrolito Lean y de acuerdo con los parámetros industrialmente relevantes.
El Dr. Ingo Manke y el Dr. Nikolay Kardjilov del grupo de imágenes HZB examinaron estas muestras usando neutrones en el Institut Laue-Langevin en Grenoble, localizando elementos de luz como litio e hidrógeno con la mayor precisión posible.
Al aumentar el tiempo de descanso, se puede ver claramente que las áreas y formas no determinadas en algunas regiones locales cambiaron, lo que indica el electrolito redistribuido. Crédito: Materiales de energía avanzada (2025). Doi: 10.1002/aenm.202501324
Comportamiento del electrolito analizado
“Esto nos permitió observar, por primera vez, cómo se comporta el electrolito líquido en tiempo real y cómo la humectación cambia localmente en las diferentes capas de una célula de bolsa con el tiempo. Obtuvimos algunas ideas interesantes de esto”, dice Yan Lu.
Durante la fase de descanso de la batería a voltaje de circuito abierto, las áreas de desacuerdo se acumularon en las regiones locales, especialmente al comienzo de la fase de reposo. El descanso celular mejora la humectación del electrolito. Sin embargo, una fase de descanso larga tiene solo un efecto mínimo en la humectación de electrolitos general.
Los procesos de descarga/carga mejoran significativamente la homogeneidad del electrolito y, por lo tanto, pueden promover la activación electroquímica de azufre, lo que lleva a una mayor capacidad de baterías. El equipo, por primera vez, observó comportamientos de humectación “respiración” y “respiración” únicos: estos son procesos periódicos en la humectación de electrolitos que se correlacionan con la disolución y precipitación de los compuestos de azufre.
“El comportamiento dinámico de humectación de electrolitos difiere significativamente del de las baterías convencionales de iones de litio debido a la distinta química de los sistemas LI-S”, dice el Dr. Liqiang Lu, un investigador postdoctoral en el equipo de Yan Lu y el primer autor de la publicación.
“Esta es una contribución importante a nuestra comprensión de los mecanismos que conducen al rápido envejecimiento y la falla de tales sistemas. Estas ideas ayudarán a aumentar la densidad de energía de las baterías LI-S mientras mantienen su vida útil”, dice Yan Lu.
Más información: Liqiang Lu et al, Visualización de la humectación dinámica y la redistribución del electrolito en las células de la bolsa de litio de litio del electrolito delgado a través de imágenes de operando neutrones, materiales de energía avanzada (2025). Doi: 10.1002/aenm.202501324
Proporcionado por la Asociación Helmholtz de Centros de Investigación Alemania
Cita: los científicos visualizan el comportamiento de electrolitos en tiempo real en las celdas de baterías de litio-sulfur (2025, 13 de agosto) recuperado el 13 de agosto de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-08-scientists-visualize-real-ectrolyte-behavior.htmla
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