Nueva investigación dirigida por un ingeniero eléctrico de la Universidad de California, San Diego tiene como objetivo mejorar las baterías de iones de litio (Li) a través de posibles nuevas arquitecturas de electrodos con diseños precisos a nanoescala. Los investigadores han presentado nanocables que bloquean la difusión de litio a través de la superficie de silicio del cable y promueven la litiación axial capa por capa del núcleo de germanio del nanoalambre.

Shadi Dayeh, profesor en el Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática de la Escuela de Ingeniería Jacobs de UC San Diego, explicó que este trabajo podría conducir a "una forma eficaz de adaptar la expansión del volumen de los electrodos de la batería de iones de litio que potencialmente podría minimizar su agrietamiento, mejorar su durabilidad, y quizás influir en cómo se podría pensar acerca de las diferentes arquitecturas de electrodos ".

La investigación fue publicada recientemente en la revista Nano letras en el artículo "Adaptación del comportamiento de litiación mediante la ingeniería de interfaz y banda prohibida a nanoescala".

Recubriendo nanocables de germanio con silicio, los investigadores detuvieron casi toda la difusión superficial de iones de litio en los nanocables. En lugar de, difusión de litio, conocido como litiación, se produjo capa por capa a lo largo del eje del nanoalambre en contraste con la superficie del nanoalambre que no estaba cubierta con silicio.

"Estos resultados demuestran por primera vez que la ingeniería de interfaz y banda prohibida de las reacciones electroquímicas se puede utilizar para controlar las rutas de transporte / inserción iónico a nanoescala y, por lo tanto, puede ser una nueva herramienta para definir las reacciones electroquímicas en las baterías de iones de litio". "escriben los investigadores en su artículo Nano Letters.

Vea un video que muestra la litiación axial del núcleo de germanio de un nanocable recubierto de silicio, así como la difusión radial de litio en un nanoalambre de germanio sin recubrimiento. El video es del Laboratorio de Biointerfaces y Electrónica Integrada de Dayeh en UC San Diego y colaboradores de Sandia National Laboratories.

Escuche una conversación de audio con Shadi Dayeh en SoundCloud.

Este trabajo se basa en investigaciones que demuestran un excelente control sobre la heteroestructuración de germanio / silicio (Ge / Si), que Dayeh y sus colegas publicaron recientemente como artículo de portada en Letras de física aplicada y una carta de presentación en la revista Nano letras .

Dayeh cultivó los nanocables durante su tiempo como investigador postdoctoral en el Laboratorio Nacional de Los Alamos (LANL). Los experimentos de litiación fueron realizados por dos investigadores postdoctorales de Sandia National Laboratories, Drs. Yang Liu y Xiaohua Liu, y los investigadores postdoctorales de Dayeh que trabajan en LANL. Dayeh formuló el mecanismo y realizó el análisis y las simulaciones después de unirse a la facultad del Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática de la Escuela de Ingeniería Jacobs de UC San Diego.

Las fuentes de financiación para esta investigación incluyen nanoestructuras para almacenamiento de energía eléctrica (NEES), un Energy Frontier Research Center (EFRC) financiado por el Departamento de Energía de EE. UU., Laboratorio Nacional de Los Alamos, Laboratorios SandiaNational, y UC San Diego.