Las baterías de iones de litio a menudo desarrollan estructuras en forma de agujas entre los electrodos que pueden provocar un cortocircuito en las baterías y, a veces, provocar incendios. Ahora, un equipo internacional de investigadores ha encontrado una forma de hacer crecer y observar estas estructuras para comprender formas de detener o prevenir su aparición.

"Es difícil detectar la nucleación de tal bigote y observar su crecimiento porque es diminuto, "dijo Sulin Zhang, profesor de ingeniería mecánica, Penn State. "La reactividad extremadamente alta del litio también hace que sea muy difícil examinar experimentalmente su existencia y medir sus propiedades".

Los bigotes y las dendritas de litio son estructuras en forma de agujas de solo unos pocos cientos de nanómetros de espesor que pueden crecer desde el electrodo de litio a través de electrolitos líquidos o sólidos hacia el electrodo positivo. provocando un cortocircuito en la batería y, a veces, provocando un incendio.

El equipo colaborativo de China, Georgia Tech y Penn State cultivaron con éxito bigotes de litio dentro de un microscopio electrónico de transmisión ambiental (ETEM) utilizando una atmósfera de dióxido de carbono. La reacción del dióxido de carbono con el litio forma una capa de óxido que ayuda a estabilizar los bigotes.

Informan sus resultados en línea esta semana en Nanotecnología de la naturaleza . El artículo "Revela el crecimiento y la generación de estrés de los bigotes de litio mediante ETEM-AFM in situ".

De manera innovadora, el equipo utilizó una punta de microscopio de fuerza atómica (AFM) como contraelectrodo y la técnica ETEM-AFM integrada permite obtener imágenes simultáneas del crecimiento de los bigotes y medir el estrés del crecimiento. Si el estrés del crecimiento es demasiado alto, penetraría y fracturaría el electrolito sólido y permitiría que los bigotes siguieran creciendo y eventualmente provocaría un cortocircuito en la celda.

"Ahora que conocemos el límite del estrés del crecimiento, podemos diseñar los electrolitos sólidos en consecuencia para evitarlo, "Dijo Zhang. Las baterías de estado sólido basadas en metal de litio son deseables debido a una mayor seguridad y una mayor densidad de energía.

Esta nueva técnica será bienvenida por las comunidades de mecánica y electroquímica y será útil en muchas otras aplicaciones. Dijo Zhang.

El siguiente paso para el equipo es observar la dendrita a medida que se forma contra un electrolito de estado sólido más realista bajo TEM para ver exactamente qué sucede.