Caracterización avanzada para superar los nuevos desafíos en el diseño de las baterías de ion-Li

Abstract

Para atender los desafíos actuales en el diseño de baterías basadas en ion Li+ (LiBs) se requiere de la exploración y desarrollo de nuevos materiales que permitan un rendimiento electroquímico, estabilidad y densidad de almacenamiento acorde a las demandas de energía. Así, es imprescindible comprender, por ejemplo, los mecanismos de desactivación y las limitaciones para el transporte iónico dadas por el almacenamiento de energía no uniforme. Comprender la heterogeneidad de este fenómeno resulta relevante para optimizar el rendimiento de la batería, su capacidad y la posibilidad de mitigar la degradación y las fallas. Para resolver estos desafíos, los recientes avances en instrumentación, a través de los laboratorios de “micro” y “nanosondas”, instalados en laboratorios de sincrotrón de 4ta generación, ofrecen un novedoso y aún poco explorado abordaje para dichos desafíos. Estas herramientas, además, permiten el estudio con especificad química y de los diversos niveles estructurales, con resolución espacial y en condiciones de operación reales de las baterías (operando). En este trabajo nos proponemos describir ventajas y potencialidades de las nano y microsondas para la caracterización de electrodos utilizados en baterías de ion Li+, para una comprensión más profunda de los mecanismos que gobiernan las actuales limitaciones de este tipo de tecnología para el almacenamiento de energía.

One of the strategies to meet the current demands in the design of batteries based on Li+ ion requires the exploration and development of new materials to make electrodes that allow electrochemical performance and storage stability and density according to future energy demands. In this context, it is essential to understand, for example, that the deactivation mechanisms and the limitations for ionic transport give rise to a non-uniform energy storage, through the intercalation of the Li+ ion in the structure of the material. Understanding the heterogeneity of this phenomenon appears relevant to improve the material capacities Recent advances in instrumentation through “micro” and “nanoprobes” laboratories, installed in 4th generation synchrotron laboratories, offer a novel approach to these challenges. These tools also allow the study with chemical selectivity and in various structural levels, with spatial resolution and under real operating conditions of the batteries (in-operating). In this work we intend to describe advantages and potentialities of this novel experimental methodology, which appears as an opportunity for the advancement of the characterization of electrodes used in Li+ ion batteries. These new instrumentation developments will allow a deeper understanding of the mechanisms that govern the current limitations of this type of energy storage technology.