Los investigadores están utilizando neutrones para estudiar un material de batería que podría ofrecer una alternativa más segura al componente líquido inflamable que se encuentra en la mayoría de los tipos de baterías de iones de litio.

Rob Schmidt, investigador postdoctoral en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge del Departamento de Energía, y sus colaboradores están utilizando neutrones en el reactor de isótopos de alto flujo (HFIR) del laboratorio para estudiar un material granate de núcleo sólido como posible sustituto de los núcleos de líquidos inflamables que se utilizan a menudo en las baterías de iones de litio.

Las baterías contienen un material de núcleo conocido como electrolito que permite que los iones viajen entre los extremos positivo y negativo de la celda para mantener una carga equilibrada. Sin embargo, la mayoría de los eletrolitos líquidos que se utilizan hoy en día en las baterías de iones de litio son inflamables. Schmidt está investigando un material de electrolito sólido para su uso potencial en la próxima generación de baterías de iones de litio para una mayor seguridad y confiabilidad.

El equipo está utilizando la alta sensibilidad de CG-1D al litio para rastrear la progresión de los iones de litio a través del electrolito y observar las condiciones que conducen a la formación de dendritas no deseadas. Dendritas filamentos delgados de metal de litio que pueden formarse dentro de las celdas de la batería, degradar el rendimiento de la batería creando variaciones no deseadas en la distribución de la corriente eléctrica.

"El litio es un material metálico blando, por lo que una dendrita de litio puede atravesar líquidos con bastante facilidad, lo que facilita el cortocircuito de las baterías, ", dijo Schmidt." El litio no debería pasar por una rigidez, material parecido a la cerámica como el material granate que estamos estudiando, pero lo hace. Queremos saber por qué y cómo lo hace ".

Schmidt planteó la hipótesis de que el primer paso hacia la falla es demasiada corriente de iones en un área, seguido de la formación de dendritas en áreas que tienen mayor densidad de corriente de iones de litio. La dendrita podría crear un camino más fácil para que las cargas iónicas se muevan que el electrolito. Una dendrita parcialmente formada concentra la corriente iónica hacia esa vía más fácil; una vez que la dendrita se forma completamente entre ambos electrodos, crea un cortocircuito eléctrico interno.

"Realmente no se pueden ver bien las dendritas al sondear con rayos X, pero con neutrones, puedes ver dónde el litio absorbe neutrones realmente, Realmente bien, " él dijo.

Si los neutrones pueden ayudar al equipo a comprender mejor cómo se forman las dendritas, pueden informar el diseño de baterías nuevas y, en última instancia, más seguras.