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FP7

BATTINSITU Resultado resumido

Project ID: 330505
Financiado con arreglo a: FP7-PEOPLE
País: Reino Unido

Los mecanismos de fallo de las baterías de litio, al descubierto con RMN

Las baterías de litio, que poseen una densidad energética muy elevada, podrían dar un impulso a las energías renovables y al transporte ecológico, si no fuera por el problema que supone la formación de las llamadas dendritas. En el marco de un proyecto financiado con fondos europeos, unos científicos emplearon la espectroscopia por resonancia magnética nuclear (RMN) para determinar qué condiciones dan lugar a la formación y el crecimiento de las dendritas y dar con soluciones viables.
Los mecanismos de fallo de las baterías de litio, al descubierto con RMN
A diferencia de las baterías de litio o sodio —habituales en aparatos electrónicos de mano, vehículos eléctricos e instalaciones de almacenamiento de energía—, las baterías que tienen un electrodo de metal puro aún no son recargables. Durante el proceso de carga, surgen de la superficie de un electrodo ciertas estructuras metálicas delgadas —las dendritas— que se extienden por el electrolito hasta alcanzar el electrodo opuesto. Su formación puede entrañar riesgos para la seguridad, ya que puede sobrecalentar la batería y hacer que prenda fuego.

Los científicos participantes en BATTINSITU (In-situ nuclear magnetic resonance investigation of the critical failure mechanism of lithium batteries: toward safer, highly reliable and energy dense storage) aplicaron métodos in situ para evaluar la naturaleza del litio metálico que se forma en los ánodos metálicos de litio.

Mediante espectroscopia por RMN, el equipo del proyecto analizó el efecto de distintos electrolitos de litio y materiales separadores sobre la morfología de la dendrita. A diferencia de los tan extendidos electrolitos de carbonatos, los de líquido iónico causaban una distribución difusa de la dendrita, principalmente porque el transporte de iones hasta el electrodo es mucho menor. A menos que el electrodo estuviese encapsulado por completo, se formaban dendritas alrededor de los bordes de los discos separadores con todos los materiales probados.

Fue la primera vez que se aplicó la RMN para recabar información cuantitativa con resolución temporal acerca de baterías de sodio, una opción alternativa a las baterías de litio que resulta atractiva por la abundancia de sodio. Nuevamente, el equipo detectó la formación de dendritas de sodio. Siguieron acumulándose depósitos metálicos de sodio en áreas muy extensas, incluso al cargar con corrientes bajas. Tras invertir la dirección de la corriente y cargar con corrientes elevadas, el equipo observó que —transcurrido cierto tiempo— los depósitos metálicos no se podían eliminar adecuadamente de los electrodos. Los iones de sodio mostraron una movilidad inesperadamente elevada y muy superior a la de los iones de litio en el sistema de litio equivalente.

Gracias a un método potente, no invasivo e in situ como es la RMN, los científicos obtuvieron una visión excepcional del interior de las baterías de litio y sodio. Esta investigación ha deparado soluciones adecuadas y oportunas que facilitarán la transición de opciones energéticas no renovables hacia otras opciones sostenibles y más seguras.

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Palabras clave

RMN, baterías de litio, energía renovable, sodio, dendritas
Número de registro: 181050 / Última actualización el: 2016-04-15
Dominio: Energía