Los investigadores de Lancaster han sido pioneros en una técnica para observar la estructura interna en 3D de baterías recargables por primera vez.
Carga de coche eléctrico en un garaje. Crédito de la imagen: dcbel a través de Unsplash, licencia gratuita
La investigación, publicada en comunicaciones de la naturaleza, está dirigido por el profesor Oleg Kolosov del Departamento de Física de Lancaster en colaboración con University College London y NEXGENNA Faraday Institution Consortium.
El equipo utilizó una nueva técnica basada en microscopía nanorreológica 3D (3DNRM) para visualizar la nanoestructura 3D dentro de las baterías recargables, desde la doble capa eléctrica a escala molecular hasta la capa superficial electroquímica de espesor nanométrico en la superficie del ánodo de grafito en una batería de litio. batería de iones
Por primera vez, esto permitió la observación directa de la progresión de toda la estructura tridimensional de la interfaz eléctrica sólida (SEI), una capa de pasivación a nanoescala formada en la interfaz electrodo-electrolito de la batería, que predetermina las propiedades clave de la batería.
Los autores pudieron revelar predictores clave de la formación de la capa SEI en una interacción compleja de estructuras eléctricas de doble capa de dimensión molecular, propiedades superficiales de las capas de carbono y la interacción solvente-iones de litio en el electrolito.
La nanoarquitectura de las interfaces sólido-líquido es fundamental para las baterías de alto rendimiento, pero ha sido difícil caracterizar las interfaces de reacción dentro de las baterías debido a su inherente inaccesibilidad.
El Dr. Yue Chen de la Universidad de Lancaster, quien es el autor principal, dijo: «Hasta ahora, comprender el mecanismo de formación de SEI sigue siendo un área muy desafiante y menos explorada debido a la falta de una técnica de caracterización interfacial capaz tanto de resolución como de operación a nanoescala». el entorno de trabajo de la batería.”
La dinámica de las reacciones interfaciales define el flujo y la conversión de energía y gobierna la transferencia de especies químicas en importantes procesos físicos, químicos y biológicos, desde reacciones catalíticas, almacenamiento y liberación de energía en baterías, hasta interacciones antígeno-anticuerpo y transmisión de información a través de las células neuronales.
Esto abre una amplia gama de áreas para la nueva técnica, desde el almacenamiento de energía y la ingeniería química hasta las aplicaciones biomédicas.
Fuente: Universidad de Lancaster
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