El centro de investigación Helmholtz analiza la degradación de las células en estado sólido
El Centro Helmholtz alemán afirma que las baterías de estado sólido pueden almacenar más energía y son más seguras que las baterías con electrolitos líquidos. Sin embargo, no duran tanto y su capacidad disminuye con cada ciclo de carga. Esto es lo que pretende cambiar el Centro Helmholtz y sus investigadores ya están trabajando para descubrir las causas.
Actualmente, las baterías de estado sólido utilizan un conductor de iones sólidos entre los electrodos de la batería en lugar de un electrolito líquido, lo que permite transportar el litio durante la carga y la descarga. Esto supone un mayor grado de seguridad durante el funcionamiento, así como una capacidad de almacenamiento generalmente superior. Sin embargo, después de cada ciclo de carga, se forman productos de descomposición e interfases en las interfaces entre el electrolito y el electrodo, lo que dificulta el transporte de los iones de litio y provoca el consumo de litio activo. Por desgracia, esto hace que la capacidad de las baterías disminuya con cada ciclo de carga.
El Dr. Elmar Kataev, investigador del HZB, plantea la pregunta: "¿En qué condiciones y a qué voltaje se producen estas reacciones, y cómo evoluciona la composición química de estas fases intermedias durante el funcionamiento de la célula?". A continuación, los investigadores analizaron muestras del electrolito sólido Li6PS5Cl, un material que se considera el mejor candidato para las células de estado sólido debido a su elevada conductividad iónica. "Una capa extremadamente fina de níquel (30 capas atómicas o 6 nanómetros) sirvió como electrodo de trabajo. Se presionó una película de litio sobre la otra cara de la pastilla de Li6PS5Cl para que actuara como contraelectrodo".
Utilizando la tecnología de rayos X, se analizó la muestra excitando los átomos, lo que permitió identificar los productos de la reacción. "Los resultados mostraron que las reacciones de descomposición sólo eran parcialmente reversibles".
Un equipo del Centro Helmholtz de Berlín para Materiales y Energía y de la Universidad Justus Liebig de Giessen presentó el nuevo método para seguir las reacciones electroquímicas durante el funcionamiento de una batería de estado sólido utilizando la espectroscopia de fotoelectrones "BESSY II". El Centro Helmholtz explica que "BESSY II es una fuente de radiación sincrotrón de tercera generación que produce una luz de rayos X extremadamente brillante". Afirman que los resultados ayudarán a mejorar los materiales y el diseño de las pilas.
"Demostramos que es posible utilizar un colector de corriente ultrafino para estudiar las reacciones electroquímicas en las interfaces enterradas utilizando métodos de caracterización de superficies", afirmó Kataev.
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