(Phys.org) - Las baterías de iones de litio son el corazón energético de casi todo lo relacionado con la tecnología, desde teléfonos celulares hasta tabletas y vehículos eléctricos. Eso es porque son una tecnología probada, luz, duradero y potente. Pero no son perfectos.

"Puede obtener siete u ocho horas de su iPhone con una sola carga, Quizás un día, "dice Reza Shahbazian-Yassar, profesor asociado de ingeniería mecánica en la Universidad Tecnológica de Michigan. "Esto no es suficiente para muchos de nosotros. Un automóvil completamente eléctrico, como el Nissan Leaf, puede recorrer hasta 100 millas con una sola carga. Apelar a un mercado masivo, debe ser de unas 300 millas. Queremos aumentar la potencia de estos sistemas ".

Para extraer más energía de las baterías de iones de litio, los científicos están experimentando con diferentes materiales y diseños. Sin embargo, la acción importante en una batería ocurre a nivel atómico, y ha sido prácticamente imposible averiguar exactamente qué está sucediendo a tal escala. Ahora, Yassar ha desarrollado un dispositivo que permite a los investigadores espiar iones de litio individuales y potencialmente desarrollar la próxima generación de baterías.

Las baterías son bastante simples. Tienen tres componentes principales:un ánodo, un cátodo y electrolito entre los dos. En baterías de litio, Los iones de litio viajan de un lado a otro entre el ánodo y el cátodo a medida que la batería se descarga y se vuelve a cargar. Los ánodos de las baterías de iones de litio suelen estar hechos de grafito, pero los científicos están probando otros materiales para ver si pueden durar más.

"Tan pronto como el litio entra en un electrodo, tensiona el material, eventualmente resultando en falla, ", dijo Yassar." Es por eso que muchos de estos materiales pueden contener una gran cantidad de litio, pero terminan rompiéndose rápidamente.

"Si pudiéramos observar estos cambios en el electrodo anfitrión, particularmente en la etapa más temprana de la carga, podríamos idear estrategias para solucionar ese problema ".

Hace diez años, la observación de elementos ligeros como el litio o el hidrógeno a nivel atómico habría sido imposible. Ahora, sin embargo, es posible ver átomos de luz con un microscopio electrónico de transmisión de barrido con corrección de aberraciones (AC-STEM). El equipo de Yassar pudo utilizar una cortesía de la Universidad de Illinois en Chicago, donde es profesor asociado visitante.

Para determinar cómo cambia el electrodo anfitrión cuando los iones de litio entran en él, el equipo construyó una nanobatería dentro del microscopio AC-STEM utilizando un nuevo material de electrodo prometedor, óxido de estaño, o SnO2. Luego, lo vieron cargar.

"Queríamos monitorear los cambios en el óxido de estaño en la frontera misma del movimiento de iones de litio dentro del electrodo de SnO2, y lo hicimos, ", Dijo Yassar." Pudimos observar cómo los iones de litio individuales entran en el electrodo ".

Los iones de litio se movían a lo largo de canales específicos a medida que fluían hacia los cristales de óxido de estaño en lugar de caminar aleatoriamente hacia los átomos anfitriones. Basado en esos datos, los investigadores pudieron calcular la tensión que los iones estaban ejerciendo sobre los electrodos.

El descubrimiento ha provocado consultas de industrias y laboratorios nacionales interesados ​​en utilizar su capacidad de resolución atómica en su propio trabajo de desarrollo de baterías.

"Es muy emocionante, ", Dijo Yassar." Hay tantas opciones para electrodos, y ahora tenemos esta nueva herramienta que puede decirnos exactamente qué está sucediendo con ellos. Antes, no podíamos ver lo que estaba pasando; sólo estábamos adivinando ".