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Batteries and Fuel Cells03:12

Batteries and Fuel Cells

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A battery is a galvanic cell that is used as a source of electrical power for specific applications. Modern batteries exist in a multitude of forms to accommodate various applications, from tiny button batteries such as those that power wristwatches to the very large batteries used to supply backup energy to municipal power grids. Some batteries are designed for single-use applications and cannot be recharged (primary cells), while others are based on conveniently reversible cell reactions that...
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Alkali Metals03:06

Alkali Metals

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Group 1 elements are soft and shiny metallic solids. They are malleable, ductile, and good conductors of heat and electricity. The melting points of the alkali metals are unusually low for metals and decrease going down the group, while the density increases going down the group with the exception of potassium (Table 1).
Table 1: Properties of the alkali metals
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DC Battery01:21

DC Battery

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A conductor needs to be a component of a path that creates a closed loop or full circuit to have a continuous current flowing through it. A current starts to flow if an electric field is created inside an isolated conductor that is not part of a full circuit. The conductor quickly develops a net positive charge at one end and a net negative charge at the other. These charges generate an electric field opposite the direction of the applied electric field, which reduces the current. Eventually,...
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Bonding in Metals02:32

Bonding in Metals

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Metallic bonds are formed between two metal atoms. A simplified model to describe metallic bonding has been developed by Paul Drüde called the “Electron Sea Model”. 
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Metallic Solids02:37

Metallic Solids

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Metallic solids such as crystals of copper, aluminum, and iron are formed by metal atoms. The structure of metallic crystals is often described as a uniform distribution of atomic nuclei within a “sea” of delocalized electrons. The atoms within such a metallic solid are held together by a unique force known as metallic bonding that gives rise to many useful and varied bulk properties.
All metallic solids exhibit high thermal and electrical conductivity, metallic luster, and malleability....
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Metal-Ligand Bonds02:51

Metal-Ligand Bonds

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The hemoglobin in the blood, the chlorophyll in green plants, vitamin B-12, and the catalyst used in the manufacture of polyethylene all contain coordination compounds. Ions of the metals, especially the transition metals, are likely to form complexes.
In these complexes, transition metals form coordinate covalent bonds, a kind of Lewis acid-base interaction in which both of the electrons in the bond are contributed by a donor (Lewis base) to an electron acceptor (Lewis acid). The Lewis acid in...
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Cuantificación del litio inactivo en las baterías de metal de litio

Chengcheng Fang1, Jinxing Li2, Minghao Zhang2

  • 1Materials Science and Engineering Program, University of California San Diego, La Jolla, CA, USA.

Nature
|August 23, 2019
PubMed
Resumen

El litio metálico no reaccionado (Li0) es la causa principal del litio inactivo y la pérdida de capacidad en los ánodos metálicos de litio, no los compuestos sólidos de interfase de electrolitos. Este hallazgo permite estrategias para un revestimiento y desprendimiento de litio más eficientes para las baterías de próxima generación.

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Área de la Ciencia:

  • Ciencias de los materiales
  • La electroquímica
  • Tecnología de baterías

Sus antecedentes:

  • Los ánodos metálicos de litio ofrecen una alta capacidad teórica, pero se ven obstaculizados por el crecimiento de la dendrita y la baja eficiencia de Coulomb, lo que impide su uso comercial.
  • El litio inactivo, que comprende Li+ en la interfase sólida del electrolito y Li0 metálico no reaccionado, conduce a pérdidas de capacidad y preocupaciones de seguridad.
  • Las herramientas de diagnóstico existentes carecen de la capacidad de distinguir cuantitativamente entre Li+ y Li0, lo que limita la comprensión de la formación inactiva de litio.

Objetivo del estudio:

  • Establecer un método analítico para cuantificar el litio metálico no reaccionado (Li0) en ánodos metálicos de litio.
  • Identificar la fuente primaria de litio inactivo y la pérdida de capacidad en estos ánodos.
  • Para aclarar el mecanismo de formación de litio inactivo y la causa de la baja eficiencia de Coulombic.

Principales métodos:

  • Desarrollo y aplicación de la cromatografía de gases de titulación para cuantificar el Li0 metálico sin reaccionar.
  • Acoplamiento de la cuantificación de Li0 con la microscopía electrónica criogénica (escaneo y transmisión) para el análisis microstruktural y nanoestructural.
  • Investigación a través de diferentes tipos de electrolitos para comprender la formación de litio inactivo.

Principales resultados:

  • El Li0 metálico no reaccionado, en lugar de Li + en la interfase de electrolito sólido, se identifica como el contribuyente dominante al litio inactivo y la pérdida de capacidad.
  • El estudio establece el mecanismo de formación del litio inactivo mediante la correlación del contenido de Li0 con las observaciones microstruturales y nanostruturales.
  • Se determina la causa subyacente de la baja eficiencia de Coulombic durante el revestimiento y la extracción de litio.

Conclusiones:

  • La cromatografía de gases de titulación proporciona un método cuantitativo para evaluar el litio inactivo en los ánodos metálicos de litio.
  • Centrarse en mitigar la formación de Li0 metálico sin reaccionar es crucial para mejorar el rendimiento del ánodo de metal de litio.
  • Las estrategias propuestas tienen por objeto mejorar la eficiencia del recubrimiento de litio y la desinfección de las baterías avanzadas de alta energía.