NIMS ha logrado por primera vez visualizar cambios secuenciales en la distribución del potencial eléctrico a través de un electrodo compuesto durante las reacciones de carga / descarga en baterías de iones de litio totalmente de estado sólido. Esta distribución se podía medir previamente solo antes y después de que ocurrieran reacciones de carga / descarga. La comprensión microscópica de los mecanismos de reacción de carga / descarga en los electrodos puede facilitar el diseño de nuevos dispositivos capaces de mejorar el rendimiento de las baterías de iones de litio totalmente de estado sólido.

La batería de iones de litio de estado sólido es un candidato prometedor para la próxima generación de baterías debido a sus excelentes propiedades cíclicas y de seguridad. Su rendimiento debe mejorarse aún más antes de que se pueda poner en práctica. Las causas de la degradación del rendimiento deben identificarse mediante un análisis detallado de las reacciones electroquímicas que ocurren en los electrodos durante la carga y descarga. En 2016, este equipo de investigación desarrolló una técnica que permite la observación in situ de cambios de potencial eléctrico en electrodos a alta resolución espacial. Sin embargo, existía un gran interés en el desarrollo de nuevas técnicas que permitirían análisis más detallados:medición secuencial (dinámica) de cambios en la distribución del potencial eléctrico a través de un electrodo durante la carga / descarga.

Este equipo de investigación desarrolló recientemente una nueva técnica capaz de visualizar cambios secuenciales (dinámicos) en la distribución del potencial eléctrico en baterías mediante la combinación de un sistema de medición electroquímica con técnicas previamente desarrolladas (microscopía de fuerza de sonda Kelvin in-situ y una técnica utilizada para preparar la batería transversal muestras). Luego, el equipo utilizó esta nueva técnica combinada para observar reacciones de carga / descarga en acción dentro de cátodos compuestos en baterías de iones de litio de estado sólido (muestras experimentales proporcionadas por Taiyo Yuden Co., Limitado.). Como resultado, el equipo descubrió que las reacciones de carga se extienden de manera desigual a través del cátodo compuesto desde el lado del colector de corriente hasta el lado del ánodo, mientras que las reacciones de descarga se distribuyen uniformemente a través del cátodo. Estos resultados indican la formación de una red de vías de conducción electrónica inadecuada en el cátodo compuesto durante un proceso de carga.

La técnica desarrollada en esta investigación es aplicable a una variedad de evaluaciones de baterías, incluido un análisis en profundidad de las causas de la degradación del rendimiento de la batería, que han sido difíciles de determinar utilizando medidas electroquímicas convencionales. Esta técnica puede ayudar a los desarrolladores de baterías a optimizar las estructuras de las baterías y diseñar baterías de mayor rendimiento.