Los científicos descubren otra razón por la que las baterías de los vehículos eléctricos no se pueden cargar en unos minutos

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La prisa genera desperdicio, como dice el refrán. Tal máxima puede ser especialmente cierta en las baterías, gracias a un nuevo estudio que busca identificar las razones que causan que el rendimiento de las baterías de iones de litio cargadas rápidamente se degrade en los vehículos eléctricos.

En una nueva investigación del Departamento de Energía de EE. UU. (GAMA) Laboratorio Nacional Argonne, los científicos han encontrado un comportamiento químico interesante de uno de los dos terminales de la batería cuando la batería se carga y descarga.

Baterías de iones de litio contienen un cátodo con carga positiva y un ánodo con carga negativa, que están separados por un material llamado electrolito que mueve iones de litio entre ellos. El ánodo de estas baterías generalmente está hecho de grafito, el mismo material que se encuentra en muchos lápices. En las baterías de iones de litio, sin embargo, el grafito se ensambla a partir de pequeñas partículas. Dentro de estas partículas, los iones de litio pueden insertarse, en un proceso llamado intercalación. Cuando la intercalación ocurre correctamente, la batería se puede cargar y descargar correctamente.

Sin embargo, cuando una batería se carga demasiado rápido, la intercalación se convierte en un asunto más complicado. En lugar de penetrar suavemente en el grafito, los iones de litio tienden a agregarse en la parte superior de la superficie del ánodo, lo que resulta en unaenchapado ”que puede causar daños en los terminales – sin juego de palabras – a una batería.

El enchapado es una de las principales causas del deterioro del rendimiento de la batería durante la carga rápida ”, dijo el científico de baterías de Argonne Daniel Abraham, autor del estudio.A medida que cargamos la batería rápidamente, descubrimos que, además del revestimiento en la superficie del ánodo, había una acumulación de productos de reacción dentro de los poros del electrodo “. Como resultado, el ánodo mismo sufre cierto grado de expansión irreversible, lo que afecta el rendimiento de la batería.

Usando una técnica llamada nanodifracción de electrones de barrido, Abraham y sus colegas de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign observaron otro cambio notable en las partículas de grafito. A nivel atómico, la red de átomos de grafito en los bordes de las partículas se distorsiona debido a la carga rápida repetida, lo que dificulta el proceso de intercalación.Básicamente, lo que vemos es que la red atómica en el grafito se deforma, y ​​esto evita que los iones de litio encuentren sucasa ‘dentro de las partículas; en cambio, se colocan sobre las partículas ”, dijo.

Cuanto más rápido carguemos nuestra batería, más desordenado atómicamente se volverá el ánodo, lo que finalmente evitará que los iones de litio puedan moverse hacia adelante y hacia atrás ”, dijo Abraham.La clave es encontrar formas de prevenir esta pérdida de organización o de modificar de alguna manera las partículas de grafito para que los iones de litio se puedan intercalar de manera más eficiente ”.

Un artículo basado en el estudio,Mayor desorden en los bordes de las partículas de grafito revelado por la caracterización a escala de múltiples longitudes de los ánodos de las celdas de iones de litio de carga rápida ”, apareció en octubre 8 cuestión de la Revista de la Sociedad Electroquímica.

Además de Abraham, otros autores del estudio incluyen a Marco-Tulio Rodrigues de Argonne, así como a Jian-Min Zuo y Saran Pidaparthy de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign. La investigación fue financiada por el GAMAOffice of Science, y la investigación de Pidaparthy fue financiada por la Office of Science Graduate Student Research (SCGSR), que tiene como objetivo preparar a los estudiantes graduados para MADRE carreras cruciales para GAMAMisiones de.

Laboratorio Nacional Argonne busca soluciones a los problemas nacionales urgentes en ciencia y tecnología. Argonne, el primer laboratorio nacional del país, lleva a cabo investigaciones científicas básicas y aplicadas de vanguardia en prácticamente todas las disciplinas científicas. Los investigadores de Argonne trabajan en estrecha colaboración con investigadores de cientos de empresas, universidades y agencias federales, estatales y municipales para ayudarlos a resolver sus problemas específicos, promover el liderazgo científico de Estados Unidos y preparar a la nación para un futuro mejor. Con empleados de más de 60 naciones, Argonne es administrado por UChicago Argonne, LLC Para el Oficina de Ciencias del Departamento de Energía de EE. UU..

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VER ESTUDIO ORIGINAL

Artículo cortesía de (Fuente de noticias científicas del DOE) Laboratorio Nacional Argonne.

Imagen cortesía del Laboratorio Nacional Argonne.

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