Las baterías de hoy no pueden absorber toda la energía de un parque eólico en una noche tempestuosa y retenerla hasta que se necesite al día siguiente. Una opción prometedora es crear una batería de mayor capacidad reemplazando el electrodo negativo en las baterías convencionales por uno hecho de metal de litio. ¿El problema? Los depósitos de dendritas que se forman en las superficies de los electrodos durante el proceso de carga provocan un cortocircuito en las baterías. conduciendo a serios peligros para la seguridad. Recientemente, Los científicos descubrieron cómo prevenir la formación de dendritas. Por primera vez, un equipo que incluye a expertos del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico del DOE cultivó películas protectoras alrededor de los ánodos que impedían la formación de dendritas.

Transformar la economía energética de nuestra nación significa encontrar mejores formas de almacenar energía. Los hallazgos de este estudio, realizado a través del Centro Conjunto de Investigación de Almacenamiento de Energía (JCESR) del DOE, podría ayudar a los científicos a diseñar un ánodo de litio metálico seguro y estable y, en última instancia, allanar el camino para el uso práctico de sistemas de baterías de alta densidad energética para vehículos eléctricos y almacenamiento de energía renovable.

Investigadores del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico, más el Instituto de Tecnología de Harbin, Universidad de Wuhan, Instituto de Fuentes de Energía de Tianjin, y el Laboratorio de Investigación del Ejército de EE. UU. evaluaron la eficacia de un aditivo electrolítico llamado hexafluorofosfato de cesio (CsPF6) para mejorar el rendimiento de la batería y proteger el electrodo negativo o ánodo.

Los investigadores utilizaron microscopía electrónica de barrido de alta resolución con análisis de rayos X de dispersión de energía para estudiar la microestructura y la composición elemental. y espectroscopía fotoelectrónica de rayos X de alta resolución para una caracterización química más detallada. Ambos instrumentos están en EMSL, una instalación nacional para usuarios científicos del DOE.

El aditivo CsPF6 promovió el crecimiento sin dendrita de películas hechas de nanobarras de litio compactas, que se asemejan a un puñado de espaguetis secos. El aditivo de electrolito también promovió la creación de una capa de interfaz de electrolito sólido rica en litio. Esta capa compleja se forma rápidamente a partir de los productos de descomposición en el electrolito de la batería, la sustancia en las baterías que actúa como un medio para conducir iones de litio entre electrodos. El efecto combinado del aditivo Cs + y la capa SEI contribuyó a que los iones de litio se depositaran suavemente en la superficie, libre de dendritas, durante la carga. Es más, las películas de litio permanecieron libres de dendritas después de repetidas cargas y usos, o ciclos de deposición / decapado.

Tomados en conjunto, Los hallazgos muestran que CsPF6 promueve un crecimiento ordenado y suave de películas de metal de litio, protege el ánodo, y mejora el rendimiento de la batería.

Los investigadores continúan entendiendo los factores que afectan la formación y evolución de la capa SEI y otros componentes de la batería para estabilizar el rendimiento a largo plazo del metal de litio y otros ánodos metálicos.