Los investigadores han desarrollado un método de visualización que determinará la distribución de componentes en los electrodos de la batería utilizando microscopía de fuerza atómica. El método proporciona información sobre las condiciones óptimas de los electrodos compuestos y nos acerca un paso más a poder fabricar baterías totalmente de estado sólido de próxima generación.

Las baterías de iones de litio se utilizan ampliamente en dispositivos y vehículos inteligentes. Sin embargo, su inflamabilidad los convierte en un problema de seguridad, que surgen de una posible fuga de electrolitos líquidos.

Las baterías de iones de litio de estado sólido han surgido como una alternativa debido a su mayor seguridad y mayor estabilidad electroquímica. A pesar de sus ventajas, Las baterías de iones de litio de estado sólido todavía tienen inconvenientes como la conductividad de iones limitada, áreas de contacto insuficientes, y alta resistencia interfacial entre el electrodo y el electrolito sólido.

Para resolver estos problemas, Se han realizado estudios sobre electrodos compuestos en los que se dispersan aditivos conductores de iones de litio como medio para proporcionar trayectorias conductoras de iones en la interfaz y aumentar la conductividad iónica general.

Es muy importante identificar la forma y distribución de los componentes utilizados en materiales activos, conductores de iones, aglutinantes, y aditivos conductores a escala microscópica para mejorar significativamente el rendimiento operativo de la batería.

El método desarrollado es capaz de distinguir regiones de cada componente en función de la sensibilidad de la señal detectada, mediante el uso de varios modos de microscopía de fuerza atómica en una base multiescala, incluyendo microscopía de deformación electroquímica y microscopía de fuerza lateral.

Para este proyecto de investigación, se probaron tanto los electrodos convencionales como los electrodos compuestos, y se compararon los resultados. Se distinguieron regiones individuales y se determinó la correlación a nanoescala entre la distribución de la reactividad iónica y la distribución de la fuerza de fricción dentro de una sola región para examinar el efecto de la distribución del aglutinante sobre la tensión electroquímica.

El equipo de investigación exploró la amplitud / fase de la microscopía de deformación electroquímica y la dependencia de la fuerza de fricción de la microscopía de fuerza lateral en el voltaje del variador de CA y la fuerza de carga de la punta, y utilizaron sus sensibilidades como marcadores para cada componente del ánodo compuesto.

Este método permite la observación directa de múltiples escalas del electrodo compuesto en condiciones ambientales, distinguir varios componentes y medir sus propiedades simultáneamente.

El autor principal, el Dr. Hongjun Kim, dijo:"Es fácil preparar la muestra de prueba para la observación al tiempo que proporciona una resolución espacial y una resolución de intensidad mucho más altas para las señales detectadas". Él agregó, "El método también tiene la ventaja de proporcionar información de morfología de superficie en 3-D para las muestras observadas".

El profesor Seungbum Hong del Departamento de Ciencias de los Materiales e Ingeniería dijo:"Esta técnica analítica que utiliza microscopía de fuerza atómica será útil para comprender cuantitativamente qué papel juega cada componente de un material compuesto en las propiedades finales".

"Nuestro método no solo sugerirá la nueva dirección para el diseño de baterías de estado sólido de próxima generación en una base multiescala, sino que también sentará las bases para la innovación en el proceso de fabricación de otros materiales electroquímicos".