Visualización y cuantificación de la degradación electroquímica y mecánica en las baterías de iones de litio

Área de la Ciencia:

• Ciencia de los materiales Ciencia de los materiales.
• La electroquímica es electroquímica.
• Tecnología de la batería Tecnología de la batería

Sus antecedentes:

• Los materiales de alta densidad energética para baterías de iones de litio sufren cambios de volumen durante el funcionamiento.
• Este cambio de volumen conduce a la degradación mecánica, la desintegración de electrodos y la pérdida de capacidad.

Objetivo del estudio:

• Visualizar y cuantificar los orígenes y la evolución de la degradación electroquímica y mecánica en materiales de baterías de alta densidad energética.
• Para utilizar la tomografía de rayos X como una herramienta para el desarrollo de materiales duraderos y electrodos resistentes a la deformación.

Principales métodos:

• Se empleó tomografía de rayos X in situ durante el funcionamiento de la batería.
• La composición química tridimensional y la morfología se analizaron dentro de las partículas individuales y en todo el electrodo.

Principales resultados:

• Se observaron distribuciones en el inicio y la velocidad de la litiación del núcleo de la cáscara en el óxido de estaño (II).
• Se visualizó la iniciación de grietas y el crecimiento a lo largo de defectos preexistentes.
• Se cuantificó la distorsión irreversible de la estructura del electrodo.

Conclusiones:

• La tomografía de rayos X es una herramienta poderosa para comprender los mecanismos de degradación en los materiales de las baterías de iones de litio.
• Los hallazgos proporcionan ideas para diseñar materiales de electrodos más robustos y mejorar la longevidad de la batería.