La mayoría de la gente ve los defectos como fallas. Algunos investigadores de la Universidad Tecnológica de Michigan, sin embargo, véalos como oportunidades. Límites gemelos, que son pequeños, Defectos simétricos en los materiales:pueden presentar una oportunidad para mejorar las baterías de iones de litio. Los defectos de los límites gemelos actúan como autopistas de energía y podrían ayudar a obtener un mejor rendimiento de las baterías.

Este descubrimiento, publicado en Nano letras a principios de este año, convierte en su cabeza una noción previamente sostenida de defectos materiales. Reza Shahbazian – Yassar ayudó a dirigir el estudio y tiene un nombramiento conjunto en Michigan Tech como profesor asociado de Richard &Elizabeth Henes en nanotecnología y profesor asociado adjunto en ciencia e ingeniería de materiales. Anmin Nie, un investigador postdoctoral senior en su grupo, realizó el estudio.

Nie dice que los defectos materiales, incluyendo fronteras gemelas, son de origen natural y la mayor parte de la investigación anterior se ha centrado en eliminarlos de los materiales.

"Observamos la nanoestructura de los materiales de la batería que existen, ", explica." Hemos notado algunos defectos, como los límites gemelos, que existen en estos materiales pueden ser buenos canales que nos ayudarán a transportar iones de litio ”.

Ese movimiento de iones es clave para mejorar, baterías más fuertes.

Cómo funcionan las baterías de iones de litio

Las baterías alimentan la mayoría de nuestros dispositivos. Shahbazian-Yassar dice:"En los últimos años, la atención se centró en las baterías recargables, más específicamente en la batería de iones de litio".

Eso es porque las baterías de iones de litio son livianas, empacar un puñetazo enorme de densidad de energía, y su eficiencia sigue aumentando. Como todas las baterías básicas, los que funcionan con iones de litio dependen del transporte de iones de un lugar a otro. Tecnicamente hablando, que está entre el ánodo y el cátodo, y una corriente eléctrica hace que los iones se muevan entre ellos. Una batería baja significa que hay menos intercambio entre el ánodo y el cátodo. Los límites gemelos podrían ayudar a impulsar ese intercambio o tal vez extenderlo, con suerte sin perder la duración de la batería.

Límites gemelos en óxidos de estaño

Los límites de los gemelos son básicamente imágenes de espejo, lugares en un material donde un lado de los arreglos atómicos refleja otro. A menudo resultan al hacer un material, que desplaza los átomos fuera de lugar una pizca.

"Sin una vista detallada de los arreglos atómicos, uno podría pensar que la estructura del material del electrodo es perfecta, pero luego, cuando prestas atención a nivel atómico, notarás que estos átomos son todos simétricos con un plano, "Nie dice, explicando que la simetría causa problemas porque crea puntos débiles.

Al mismo tiempo, esa simetría es lo que proporciona una ruta para que viajen los iones. Shahbazian-Yassar y su equipo recibieron una subvención de la División de Investigación de Materiales de la National Science Foundation el otoño pasado para explorar esto y ahora han demostrado que un límite gemelo actúa como una carretera para el transporte de iones de litio.

"Por lo general, el espacio libre disponible dentro del cristal es el que utilizan los iones para entrar o salir del electrodo, "Shahbazian-Yassar dice:explicando que el espacio es como una ciudad abarrotada de calles estrechas y los iones se asemejan a los coches en movimiento. "Si hay un accidente, Construcción vial, o simplemente tráfico, los automóviles no pueden pasar fácilmente por las calles; un fenómeno similar ocurre con las baterías.

Los iones de litio necesitan caminos anchos y abiertos para poder entrar y salir de los electrodos de la batería. Cualquier obstrucción a los iones en movimiento reducirá la cantidad de energía o potencia extraída de una batería.

Próximos pasos en el almacenamiento de energía

El equipo de investigación examinó los límites gemelos en los óxidos de estaño, pero Shahbazian-Yassar dice que es aplicable en muchos materiales de batería. El siguiente paso es descubrir cómo optimizar estos defectos para equilibrar la integridad mecánica con la cantidad de estructuras gemelas. Encontrar ese equilibrio será el foco de los próximos pasos de los investigadores, y este nuevo hallazgo sobre los límites gemelos sienta las bases para mejorar las baterías de iones de litio.