Para crear nuevas baterías necesarias para EV, dispositivos móviles y almacenamiento de energía renovable, los investigadores han detectado nuevos materiales, nuevos diseños, nuevas estructuras y nueva química.
Pero un aspecto, la estructura de los metales usados, ha sido históricamente descuidado.
“Los metales blandos como el litio y el sodio tienen excelentes características para tener electrodos negativos de baterías, el litio se considera el último material anódico para las baterías recargables de alta energía en el futuro”, dijo el profesor de la familia Liu Yukigo del profesor de ingeniería molecular Shirley Meng. “Hay una diferencia en la comprensión de la orientación del grano, también conocida como la estructura, cómo tales elementos afectan el rendimiento de la batería de metal recargable”.
El laboratorio de Meng para el almacenamiento y la conversión de energía y los colegas de la industria Thermo Fisher Scientific rompe la barrera, que muestra que mejorar la estructura de metales ha mejorado el rendimiento.
Este trabajo fue publicado en la revista Today Joule.
“En nuestro trabajo, descubrimos que agregar una capa delgada de silicio entre el metal de litio y el colector de corriente ayuda a crear la estructura deseada”. Profesor Menghao Zhang, el primer autor de la nueva obra. “Este cambio mejoró la capacidad de la velocidad de la batería casi diez veces en la capacidad de la velocidad de la batería en las baterías de patrimonio todas las sólidas con metal de litio”.
‘Tweet la estructura’
La estructura ideal para el ánodo de la batería es donde los átomos pueden moverse rápido y la aeronave superficial. Este movimiento agudo ayuda a la batería a cargar y descargar rápidamente.
“Sentimos que las diferencias en la energía de la superficie del metal suave realmente podrían cambiar su estilo”, dijo Zhang. “Dado que las baterías de litio o metal de sodio dependen de estas texturas para calificar la tarifa favorita, el equipo se preguntó si tuitear la estructura de los metales blandos podría mejorar la densidad de potencia”.
Debe ser interrumpido en microscopía para investigarlo. Para estudiar este material, el grupo se combinó con el microscopio del microscopio electrónico de barrido de haz de iones en plasma (PFIB-SEM) con mapeo de deformación de la patineta posterior (EBSD). Juntas, ambas técnicas pudieron estudiar la estructura de nuevas maneras.
El Gerente de Desarrollo del Mercado Senior de Thermo Fisher, que es fundador, “es difícil recopilar información de estructura sobre metales blandos, principalmente debido a las dificultades para acceder al campo de interés y reacciones de metal de litio y sodio”. Miembro de la Red de Transición de Energía de Uchicago. “La combinación PFIB-ABSD es adecuada para este estudio, ya que PFIB puede acceder efectivamente al área de interés dentro del filete celular, que puede producir niveles de alta calidad con defectos mínimos, mientras que el metal blando EBSD proporciona información detallada sobre la estructura”.
El equipo se ha asociado con el Laboratorio de Investigación Frontier de LG Energy Solution, que funcionará para hacer que esta tecnología sea comercial.
“La solución de energía LG impulsa activamente el soporte de investigación para avanzar en el mercado de baterías en rápida fabricación”, dijo Jong Boom Lee, un investigador senior de la solución de energía LG. “A medida que aumenta la demanda de vehículos eléctricos y almacenamiento de energía, reconocemos la importancia de conectar nuestras habilidades de fabricación con las últimas investigaciones de las universidades para desarrollar tecnologías de batería de próxima generación”.
El siguiente desafío de los investigadores es reducir la presión utilizada durante la prueba del estándar actual de la industria para las baterías disponibles comercialmente, desde 5 megacasos (MPa) hasta 1 MPa. También planea estudiar los efectos de la estructura en el sodio, que Meng ha sido estudiado durante mucho tiempo como una alternativa a un litio barato y fácilmente disponible.
“Dado que ahora entendemos cómo la estructura se estructura en metales blandos, predecimos que el metal de sodio le gusta tener una estructura para la proliferación nuclear rápida”. “Esto significa que el uso de sodio como ánodo de batería en las baterías de patrimonio todas las sólidas puede conducir a un desarrollo importante en el almacenamiento de energía futuro”.
