Investigadores de la Universidad Metropolitana de Tokio han demostrado que la espectroscopia de impedancia electroquímica (EIS) puede ser una poderosa herramienta no destructiva para estudiar los mecanismos de degradación de las baterías de metal de litio de estado sólido. Estudiaron baterías de metal de litio de estado sólido basadas en cerámica preparadas por deposición de aerosol y calentamiento, identificando la interfaz específica responsable de la caída en el rendimiento. Publicado en Interfases y materiales aplicados de ACS , su trabajo destaca con precisión los obstáculos de ingeniería que deben superarse para llevar estas baterías de primera clase al mercado.

Los vehículos eléctricos (EV) son una parte crucial de los esfuerzos en todo el mundo para reducir las emisiones de carbono. Y en el corazón de cada EV está su batería. El diseño de la batería sigue siendo un cuello de botella clave cuando se trata de maximizar el rango de conducción y mejorar la seguridad del vehículo. Una de las soluciones propuestas, las baterías de metal de litio de estado sólido, tiene el potencial de brindar mayor densidad de energía, seguridad y menor complejidad, pero los problemas técnicos continúan obstaculizando su transición a los vehículos cotidianos.

Un problema importante es la gran resistencia interfacial entre los electrodos y los electrolitos sólidos. En muchos diseños de baterías, tanto el cátodo como el electrolito son cerámicas frágiles; esto dificulta tener un buen contacto entre ellos. También existe el desafío de diagnosticar qué interfaz está causando problemas. El estudio de la degradación en baterías de metal de litio de estado sólido generalmente requiere abrirlas:esto hace que sea imposible saber qué sucede mientras la batería está funcionando.

Un equipo dirigido por el profesor Kiyoshi Kanamura de la Universidad Metropolitana de Tokio ha estado desarrollando baterías de metal de litio de estado sólido con menor resistencia interfacial utilizando una técnica llamada deposición de aerosol. Trozos microscópicos de material de cátodo se aceleran hacia una capa de electrolito cerámico donde chocan y forman una capa densa.

Para superar el problema de la formación de grietas en la colisión, el equipo recubrió los trozos de material del cátodo con un material de "soldadura", es decir, un material más suave y de bajo punto de fusión que se puede tratar térmicamente para generar un contacto excelente entre el cátodo recién formado y electrólito. Su última Li/Li₇ de estado sólido La₃ Zr₂ O₁₂ /LiCoO₂ celda ofrece una alta capacidad de descarga inicial de 128 mAh g ^-1 tanto a 0,2 como a 60 °C y mantiene una retención de alta capacidad del 87 % después de 30 ciclos de carga/descarga. Este es el mejor resultado de su clase para las baterías de metal de litio de estado sólido con electrolitos de óxido cerámico, lo que hace que sea aún más importante entender cómo podrían degradarse.

Aquí, el equipo utilizó la espectroscopia de impedancia electroquímica (EIS), una herramienta de diagnóstico ampliamente utilizada en electroquímica. Al interpretar cómo responde la celda a las señales eléctricas de diferente frecuencia, pudieron separar las resistencias del rango de diferentes interfaces en su batería. En el caso de su nueva celda, encontraron que el aumento de la resistencia entre el material del cátodo y la soldadura era la razón principal de la disminución de la capacidad de la celda. Es importante destacar que lograron esto sin desgarrar la celda. También pudieron respaldar esto usando microscopía electrónica in situ, identificando claramente el agrietamiento de la interfaz durante el ciclo.

Las innovaciones del equipo no solo han realizado un diseño de batería de vanguardia, sino que también han destacado los próximos pasos para realizar mejoras adicionales utilizando un método ampliamente disponible y libre de daños. Su nuevo paradigma promete nuevos y emocionantes avances para las baterías en la próxima generación de vehículos eléctricos. + Explora más

Los líquidos iónicos causan sensación en las baterías de metal de litio de estado sólido de próxima generación