Si bien los tanques de gas se pueden llenar en cuestión de minutos, cargar la batería de un coche eléctrico lleva mucho más tiempo. Para nivelar el campo de juego y hacer que los vehículos eléctricos sean más atractivos, los científicos están trabajando en tecnologías de carga rápida.

La carga rápida es muy importante para los vehículos eléctricos, ", dijo el científico de baterías Daniel Abraham del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE).?" Nos gustaría poder cargar la batería de un vehículo eléctrico en menos de 15 minutos, e incluso más rápido si es posible ".

"Al ver exactamente cómo se distribuye el litio dentro del electrodo, estamos adquiriendo la capacidad de determinar con precisión la forma no homogénea en la que una batería envejece ". - Daniel Abraham, Científico de baterías de argón

El principal problema de la carga rápida ocurre durante el transporte de iones de litio desde el cátodo positivo al ánodo negativo. Si la batería se carga lentamente, los iones de litio extraídos del cátodo se encajan gradualmente entre los planos de átomos de carbono que forman el ánodo de grafito, un proceso conocido como intercalación de litio.

Pero cuando este proceso se acelera, El litio puede terminar depositándose en la superficie del grafito como metal, que se llama revestimiento de litio. ?"Cuando esto pasa, el rendimiento de la batería sufre drásticamente, porque el litio plateado no se puede mover de un electrodo a otro, "Dijo Abraham.

Según Abraham, este metal de litio reducirá químicamente el electrolito de la batería, provocando la formación de una interfase sólido-electrolito que ata los iones de litio para que no puedan ser transportados entre los electrodos. Como resultado, se puede almacenar menos energía en la batería con el tiempo.

Para estudiar el movimiento de los iones de litio dentro de la batería, Abraham se asoció con el investigador postdoctoral Koffi Pierre Yao y el físico de rayos X de Argonne John Okasinski en la fuente de fotones avanzada del laboratorio, una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE. Allí, Okasinski esencialmente creó una imagen 2D de la batería usando rayos X para obtener imágenes de cada fase del grafito litiado en el ánodo.

Al obtener esta vista, los investigadores pudieron cuantificar con precisión la cantidad de litio en diferentes regiones del ánodo durante la carga y descarga de la batería.

En el estudio, los científicos establecieron que el litio se acumula en regiones más cercanas al separador de la batería en condiciones de carga rápida.

"Es de esperar que solo por el sentido común, "Abraham explicó.?" Pero al ver exactamente cómo se distribuye el litio dentro del electrodo, estamos adquiriendo la capacidad de determinar con precisión la forma no homogénea en la que una batería envejece ".

Para ver selectivamente una región en particular en el corazón de la batería, los investigadores utilizaron una técnica llamada difracción de rayos X por dispersión de energía. En lugar de variar el ángulo del haz para alcanzar áreas de interés particulares, los investigadores variaron la longitud de onda de la luz incidente.

Mediante el uso de rayos X, Los científicos de Argonne pudieron determinar las estructuras cristalinas presentes en las capas de grafito. Debido a que el grafito es un material cristalino, la inserción de litio hace que la red de grafito se expanda en diversos grados. Esta hinchazón de las capas se nota como una diferencia en los picos de difracción, Okasinski dijo:y las intensidades de estos picos dan el contenido de litio en el grafito.

Si bien esta investigación se centra en pequeñas baterías de tipo botón, Okasinski dijo que los estudios futuros podrían examinar el comportamiento de litiación en baterías de celda de bolsa más grandes, como los que se encuentran en los teléfonos inteligentes y los vehículos eléctricos.

Un artículo basado en el estudio, "Cuantificación de gradientes de concentración de litio en el electrodo de grafito de las células de iones de litio mediante difracción de rayos X de dispersión de energía operando, "apareció en la edición en línea del 9 de enero de Ciencias de la energía y el medio ambiente .