Los científicos del Instituto de Tecnología de Tokio han examinado los mecanismos detrás de la resistencia en la interfaz electrodo-electrolito de las baterías totalmente de estado sólido. Sus hallazgos ayudarán en el desarrollo de baterías de iones de litio mucho mejores con tasas de carga / descarga muy rápidas.

Diseñar y mejorar las baterías de iones de litio (Li-ion) es fundamental para ampliar los límites de los dispositivos electrónicos modernos y los vehículos eléctricos porque las baterías de iones de litio son prácticamente omnipresentes. Científicos del Instituto de Tecnología de Tokio (Tokyo Tech), dirigido por el Prof. Taro Hitosugi, había informado previamente sobre un nuevo tipo de batería totalmente de estado sólido, también a base de iones de litio, que superó uno de los principales problemas de esas baterías:alta resistencia en la interfaz entre los electrodos y los electrolitos que limita la carga / descarga rápida.

Aunque los dispositivos que produjeron eran muy prometedores y eran mucho mejores que las baterías de iones de litio convencionales en algunos aspectos, el mecanismo detrás de la resistencia de la interfaz reducida no estaba claro. Ha sido difícil analizar las interfaces enterradas en baterías totalmente de estado sólido sin dañar sus capas. Por lo tanto, Hitosugi y su equipo de investigadores investigaron nuevamente las baterías de estado sólido para arrojar luz sobre este tema. Sospechaban que la cristalinidad (que indica qué tan bien ordenado y periódico está un sólido) en la interfaz electrodo-electrolito desempeñaba un papel clave en la definición de la resistencia de la interfaz.

Para probar esto, fabricaron dos baterías de estado sólido diferentes compuestas de electrodos y capas de electrolitos utilizando una técnica de deposición por láser pulsado. Una de estas baterías presumiblemente tenía una alta cristalinidad en la interfaz electrodo-electrolito, mientras que el otro no lo hizo. Confirmar esto fue posible mediante el uso de una técnica novedosa llamada análisis de dispersión de varillas de truncamiento de cristales de rayos X. "Los rayos X pueden llegar a las interfaces enterradas sin destruir las estructuras, "explica Hitosugi.

Según sus resultados, El equipo concluyó que una interfaz electrodo-electrolito altamente cristalina daba como resultado una baja resistencia de la interfaz, produciendo una batería de alto rendimiento. Analizando la estructura microscópica de las interfaces de sus baterías, propusieron una explicación plausible para la mayor resistencia de las baterías con interfaces menos cristalinas. Los iones de litio se atascan en las interfaces menos cristalinas, obstaculizar la conductividad iónica. "La fabricación controlada de la interfaz electrolito / electrodo es crucial para obtener una baja resistencia de la interfaz, "explica Hitosugi. El desarrollo de teorías y simulaciones para comprender mejor la migración de iones de litio será crucial para finalmente lograr baterías útiles y mejoradas para todo tipo de dispositivos basados ​​en la electroquímica.