Para el sistema de batería de litio-oxígeno, Es bien sabido que la reacción de carga y descarga produce formas peculiares de productos de reacción que se asemejan a rosquillas y globos. Todavía, cómo se forman estas formas sigue siendo un misterio. Un nuevo estudio de una batería de nano-litio-oxígeno en funcionamiento a escala atómica en una atmósfera de oxígeno proporciona pistas para resolver este misterio.

El descubrimiento de la vía de reacción de litio-oxígeno sienta las bases para el modelado cuantitativo de procesos electroquímicos en el sistema de litio-oxígeno, proporcionando información sobre la mejor manera de diseñar baterías de litio-oxígeno con alta capacidad y ciclo de vida más largo.

El sistema de batería de litio-oxígeno se ha percibido como una tecnología habilitadora para la industria electromotriz. Sin embargo, El progreso en la investigación y el desarrollo de una batería de litio y oxígeno se ha visto gravemente obstaculizado por dos preguntas sin respuesta. Primero, ¿Cuál es la ruta de reacción electroquímica al descargar y cargar la batería? Segundo, ¿Cuál es la relación entre las formas complicadas del producto de reacción y la ruta de reacción? Las respuestas a estas dos preguntas son fundamentales, pero esencial para el desarrollo de las baterías de litio-oxígeno.

Para abordar esta brecha de conocimiento, un equipo de investigadores del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico; Universidad Politécnica de Tianjin de China; y EMSL, el Laboratorio de Ciencias Moleculares Ambientales, utilizó técnicas avanzadas de imágenes in situ (el microscopio electrónico de transmisión ambiental) en EMSL, una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía, para observar una batería de nano-litio-oxígeno durante la carga y descarga. Descubrieron que el oxígeno reacciona con el litio en los nanotubos de carbono para formar un óxido de litio metaestable.

Este óxido se transforma en un óxido de litio más estable y libera gas oxígeno que expande (infla) las partículas en una estructura hueca. produciendo formas de donas y globos. Esta observación demuestra de manera más general que la forma en que se aloja el oxígeno liberado gobierna la formación de la complicada morfología del producto de reacción en una batería de litio-oxígeno. Los resultados de este trabajo no solo responden a las dos preguntas descritas anteriormente, pero también proporciona información sobre el transporte de iones y electrones junto con el flujo másico de la batería de litio-oxígeno.