Observan en tiempo real cómo funciona una batería de litio en la escala nanométrica

Diagrama de fases Fe-F-Li (izda) e ilustración esquemática (dcha) de la propagación del frente de la reacción química a través de una nanopartícula de FeF2. (C) Nature Communications

Seguro que tienes muchas baterías de litio en casa y sabes bien que su vida útil es bastante corta (con recargas diarias aguantan solo un par de años). En muchas aplicaciones (como los automóviles eléctricos) se necesita que tengan una vida útil mucho más larga (al menos una década). Para desarrollar las baterías de litio del futuro es necesario comprender cómo funcionan los electrodos en la nanoescala. Gracias a una nanocelda electroquímica y un microscopio electrónico de transmisión se ha podido observar el transporte de los iones de litio en el electrodo en tiempo real durante la descarga y la recarga. El electrodo de la celda está formado por nanopartículas de FeF2 de unos 10-20 nm de diámetro depositadas sobre una fina capa de carbono; el transporte del litio por la superficie provoca la formación de una capa exterior de nanocristales de LiF y de átomos de Fe de unos 1-3 nm de grosor. Las imágenes en tiempo real permiten ver los detalles de este proceso, que dura solo unos pocos minutos, y cuya morfología recuerda a una descomposición espinodal. La figura que abre esta entrada ilustra la difusión de los iones de litio con carga positiva a través de la superficie de la nanopartícula de FeF2 y la formación de un frente (como el de un fuego en un monte) que barre rápidamente toda la superficie; una vez barrida la superficie, el proceso ocurre hacia el interior, pero de forma mucho más lenta, capa a capa, hasta alcanzar un grosor de unos pocos nanómetros. Este estudio de Feng Wang (BNL, Brookhaven National Laboratory, NY, EEUU) y sus colegas permitirá conocer con sumo detalle el transcurso de las reacciones físico-químicas de los iones de litio en los electrones, lo que se espera que permita optimizar el funcionamiento de las baterías. El artículo técnico es Feng Wang et al., “Tracking lithium transport and electrochemical reactions in nanoparticles,” Nature Communications 3: 1201, 13 Nov 2012 [copia gratis].

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