a) Esquema de una celda de batería de iones de litio recargable con una rejilla TEM, que se utiliza para el análisis de microscopía electrónica, sumergido dentro del electrodo. (b-c) imágenes de microscopía electrónica de transmisión de barrido de un electrodo de NiO cuando b) prístino (barra de escala 100 nm) y cuando c) reacciona a medias (barra de escala 10 nm).
Los electrodos de nanopartículas en las baterías de iones de litio tienen contribuciones tanto cercanas a la superficie como interiores a su capacidad redox, cada uno con distintas capacidades de velocidad. Usando microscopía electrónica combinada, métodos de rayos X de sincrotrón y cálculos ab initio, Los investigadores del Laboratorio Nacional de Brookhaven han investigado las vías de litiación que se producen en los electrodos de NiO. Descubrieron que el electroactivo cercano a la superficie (Ni 2+ → Ni 0 ) sitios saturados muy rápidamente, y luego encontró una dificultad inesperada para propagar la transición de fase en el electrodo (denominado modo de "núcleo contraído").
Sin embargo, la capacidad interior de Ni 2+ → Ni 0 se puede acceder de manera eficiente después de la nucleación de los dedos de litiación, que se propagan a la masa de la muestra, pero solo después de un cierto tiempo de incubación. Las observaciones microestructurales de la transición de un modo de núcleo de encogimiento lento a un modo de dedo de litiación más rápido corroboran con la caracterización sincrotrón de baterías de gran formato, y puede ser racionalizado por los efectos del estrés en el transporte a alta velocidad de descarga. El tiempo de incubación finito de los dedos de litiación establece la limitación intrínseca para la capacidad de velocidad (y por lo tanto la potencia) de NiO para dispositivos de almacenamiento de energía electroquímica. El presente trabajo desentraña el vínculo entre las vías de reacción a nanoescala y la pérdida de capacidad dependiente de la velocidad C, y proporciona orientación para el diseño adicional de materiales de batería que favorece la carga de alta tasa C.
Comprender el vínculo entre las vías de reacción a nanoescala y las propiedades eléctricas resultantes de las baterías de iones de litio puede proporcionar información considerable sobre cómo mejorar el diseño general y la longevidad de estas baterías recargables.
Las instalaciones de microscopía electrónica de CFN se utilizaron para la obtención de imágenes a escala atómica, espectroscopia, y tomografía durante el proceso de litiación in situ.
