Las baterías de larga duración serían un excelente estímulo para tecnologías que van desde los carros eléctricos hasta teléfonos inteligentes. Ahora, los científicos han descubierto lo que podría ayudar a desarrollar la próxima generación de baterías.
Un análisis de las primeras etapas de la carga de la batería de litio, conocida como nucleación, ha demostrado que la desaceleración de las corrientes eléctricas cerca del electrodo crea patrones desorganizados de átomos, lo que a su vez mejora el comportamiento general de carga.
A través de una combinación de microscopía electrónica detallada, enfriamiento de nitrógeno líquido y modelado por computadora, los investigadores pudieron observar una forma no cristalina de vidrio de metal de litio a medida que avanzaba la carga.
“El poder de las imágenes criogénicas para descubrir nuevos fenómenos en la ciencia de los materiales se muestra en este trabajo”, dice la científica de materiales Shirley Meng de la Universidad de California en San Diego (UCSD). “El verdadero trabajo en equipo nos permitió interpretar los datos experimentales con confianza porque el modelado computacional ayudó a descifrar la complejidad”.
Es la primera vez que se observa un metal puro en forma amorfa, uno mucho menos estructurado de lo que normalmente se esperaría del proceso de carga de la batería.
Los átomos de litio se depositan en el ánodo de la batería a medida que se recarga, pero los detalles más finos de cómo funciona este proceso a nivel atómico aún no se comprenden completamente.
Lo que sí sabemos es que el patrón de depósitos puede variar entre las cargas, lo que lleva a un proceso de carga menos estable y una degradación gradual de la batería.
En la investigación, los embriones vidriosos de litio permanecieron desestructurados y sueltos durante su crecimiento a medida que la batería se recargaba. Tanto la creación del metal vítreo como las condiciones necesarias para su formación sorprendieron a los científicos.
“Podemos fabricar metal amorfo en condiciones muy suaves a una velocidad de carga muy lenta”, dice el científico de materiales Boryann Liaw del Laboratorio Nacional de Idaho. “Es bastante sorprendente”.
El modelado por computadora confirmó que las reacciones cinéticas estaban creando formas cristalinas amorfas (en lugar de ordenadas) con una velocidad de carga lenta. Pruebas adicionales en cuatro metales reactivos más replicaron el resultado.
Cualquier lugar en el que se pueda usar y adaptar un material metálico vidrioso está potencialmente en línea para beneficiarse de esta investigación, y eso incluye obtener la misma cantidad de energía de la batería en un paquete de menor tamaño (muy útil cuando desea que su automóvil eléctrico dure como el mayor tiempo posible en carretera abierta).
Las estructuras metálicas vítreas observadas en este estudio son típicamente muy difíciles de producir, lo que hace que su aparición aquí sea aún más fascinante, y con más investigaciones, las posibles aplicaciones podrían eventualmente ir más allá de las baterías.
“Las propiedades de tales vidrios metálicos, las cantidades y los tamaños y distribuciones de partículas podrían ajustarse ajustando la densidad de corriente y el tiempo de deposición mediante la optimización”, escriben los investigadores en su artículo. “Estos nuevos metales activos amorfos abrirán nuevas oportunidades en diversas aplicaciones además del vidrio metálico y los campos de almacenamiento de energía, incluidos los sistemas de biomedicina, nanotecnología y microelectromecánicos”.
Este artículo es una traducción de otro publicado en Science Alert, puedes leer el texto original haciendo clic aquí.
