Los investigadores descubren que el litio se distribuye de forma desigual en las pilas
Las investigaciones de un equipo de investigación germano-estadounidense muestran ahora que los productos de descomposición del fluido electrolítico interceptan el litio móvil de la pila y que el litio está distribuido de forma sorprendentemente desigual en la pila.
Especialmente este último es un hallazgo importante, ya que hasta ahora los modelos teóricos, los cálculos o las mediciones han supuesto en su mayoría una distribución uniforme del litio. Ahora, las investigaciones llevadas a cabo en Alemania, en la Universidad Técnica de Múnich (TUM), entre otras, han revelado que el litio se distribuye de forma muy desigual desde el principio y que la falta de homogeneidad incluso aumenta con el tiempo.
Los investigadores llegaron a esta conclusión con una nueva técnica de medición, la difracción de neutrones. Utilizando la Fuente de Neutrones de Investigación Heinz Maier-Leibnitz (FRM II) de la TUM, los investigadores pudieron visualizar los procesos del interior de la célula sin interferir directamente en el sistema sensible de la célula de la batería. Los procesos en el interior de una célula de iones de litio, como la descomposición del electrolito o la distribución del litio, se producen durante la carga y la descarga, y son difíciles de observar fuera de la célula debido a la alta reactividad de los componentes de la misma al oxígeno y la humedad.
Los investigadores examinaron más de cerca una célula cilíndrica para sus mediciones, tanto en estado nuevo como después de 600 ciclos. Ya en estado nuevo, se puso de manifiesto que los iones de litio y la concentración del electrolito se distribuyen de forma desigual no sólo radialmente, sino también a lo largo de la célula. La distribución sigue siendo desigual después de los 600 ciclos, aunque la concentración cambie (localmente incluso muy fuertemente en algunos puntos calientes).
Este hallazgo puede utilizarse ahora para lo que, según los investigadores, representará una mejora significativa en la modelización de las células de iones de litio, afirma la TUM. Los investigadores describen cómo, basándose en la distribución del litio, también se pueden hacer afirmaciones sobre la capacidad de almacenamiento de la célula de iones de litio. Explican que estos resultados constituyen una base importante para hacer que las futuras baterías recargables sean más eficientes, duraderas y robustas.
En cuanto a la pérdida de capacidad, los experimentos con neutrones revelaron una relación lineal entre la pérdida de iones de litio móviles y la descomposición del electrolito. El electrolito puede descomponerse como una reacción secundaria no deseada. Los productos de la descomposición depositan átomos de litio, que dejan de estar disponibles como litio móvil.
El trabajo ha sido financiado por el Centro Heinz Maier-Leibnitz, la Fundación Alemana para la Investigación (DFG), el Ministerio Federal de Educación e Investigación (BMBF) y el Centro Tecnológico Baviera-California (BaCaTeC), así como por el Departamento de Energía de EE UU.
Con información de Sebastian Schaal, Alemania.
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