Sólido

Las baterías de litio-azufre de estado sólido ofrecen el potencial de densidades de energía mucho más altas y mayor seguridad, en comparación con las baterías de iones de litio convencionales.

Sin embargo, el rendimiento de las baterías de estado sólido actualmente es deficiente, siendo la carga y descarga lentas una de las causas principales. Ahora, un nuevo estudio de Helmholtz Zentrum Berlin (HZB) muestra que el lento transporte de iones de litio dentro de un cátodo compuesto es la causa de esta carga y descarga lentas, dicen los investigadores en un comunicado de prensa.

Los científicos diseñaron una celda especial para observar el transporte de iones de litio entre el ánodo y el cátodo en una batería de litio-azufre de estado sólido. Dado que el litio difícilmente se puede detectar con métodos de rayos X, los físicos de HZB, el Dr. Robert Bradbury y el Dr. Ingo Manke, examinaron la celda de muestra con neutrones, que son extremadamente sensibles al litio.

"Ahora tenemos una idea mucho mejor de lo que limita el rendimiento de la batería", dice Bradbury: "Vemos a partir de los datos de radiografía de neutrones operando que hay un frente de reacción de iones de litio que se propagan a través del cátodo compuesto que confirma la influencia negativa de un iónico de baja eficacia". conductividad." Además, las imágenes de tomografía de neutrones en 3D muestran litio atrapado concentrado cerca del colector actual durante la recarga. "Esto da como resultado una capacidad reducida porque solo una parte del litio se transporta de regreso cuando la batería está cargada", continúa Bradbury.

La distribución de litio observada se ajustó perfectamente a un modelo basado en la teoría de los electrodos porosos: "Lo que observamos aquí en los datos de imágenes de neutrones se correlaciona bien con las condiciones de conductividad electrónica e iónica relevantes del modelo", dice Bradbury.

Estos resultados revelan un cuello de botella de desarrollo previamente pasado por alto para las baterías de estado sólido, lo que demuestra que existen limitaciones en los compuestos de cátodo debido al transporte iónico lento. El desafío ahora es permitir una entrega de iones más rápida dentro del compuesto del cátodo. "Sin la visualización directa del frente de reacción dentro del compuesto del cátodo, este efecto podría haber pasado desapercibido, a pesar de su importancia para el desarrollo de baterías de estado sólido", dice Bradbury.

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