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Aquí hay un vistazo de cerca de las causas de la explosión de las baterías de los teléfonos inteligentes


Los teléfonos inteligentes que explotan son un escenario de pesadilla para cualquier propietario, independientemente de si el teléfono es un Android o un iPhone. Durante años, las respuestas tradicionales detrás de las explosiones fueron vagas y, a menudo, relacionadas con la batería. Las explicaciones, sin embargo, parecieron detenerse ahí. Los científicos finalmente han logrado comprender mejor a los culpables microscópicos detrás de las explosiones de baterías.

Un equipo de investigadores de la Universidad de Stanford y el Laboratorio Nacional Acelerador SLAC vislumbraron dendritas, crecimientos en forma de dedos que rompen las barreras de la batería, a través de un microscopio. El equipo utilizó una técnica llamada microscopía crioelectrónica (crio-EM). Cryo-EM fue noticia recientemente, ya que ganó el Premio Nobel de Química este año. La técnica congela rápidamente las muestras en nitrógeno líquido y brinda a los investigadores una imagen más precisa de una muestra.

Cryo-EM le dio al equipo de Stanford y SLAC una imagen clara de las dendritas. Anteriormente, las dendritas se habían representado como una forma irregular y con hoyos. Las nuevas imágenes generadas por los científicos muestran que las dendritas de metal de litio son en realidad cristales largos y elegantemente formados de seis lados.

Las dendritas se forman cuando los electrodos de una batería se degradan. Esto hace que los iones metálicos se acumulen en la superficie. Cuando los "dedos" de iones rompen las dos mitades de la batería, comienza el sobrecalentamiento. Y, bueno, se ha documentado mucho lo que podría suceder con una batería de teléfono inteligente sobrecalentada.

"Esto es muy emocionante y abre oportunidades increíbles", dijo uno de los investigadores, Yi Cui de SLAC. "Con cryo-EM, puede mirar un material que es frágil y químicamente inestable y puede preservar su estado prístino, como se ve en una batería real, y mirarlo en alta resolución".

El método de visualización alternativo de los investigadores fue la microscopía electrónica de transmisión (TEM). Sin embargo, TEM era a menudo demasiado duro para materiales que incluían metales de litio. La investigación inicial con TEM no resultó prometedora para los investigadores.

"La preparación de la muestra de TEM se lleva a cabo en el aire, pero el metal de litio se corroe muy rápidamente en el aire", dijo Yuzhang Li, un estudiante graduado de Stanford que dirigió el trabajo con su compañero Yanbin Li. "Cada vez que intentamos ver el metal de litio en Si se amplía con un microscopio electrónico, los electrones perforarían agujeros en la dendrita o incluso la fundirían por completo [sic] ".

"Es como enfocar la luz del sol en una hoja con una lupa. Pero si enfrías la hoja al mismo tiempo que enfocas la luz en ella, el calor se disipará y la hoja no se dañará. Eso es lo que hacemos con Cryo-EM . Cuando se trata de obtener imágenes de estos materiales de batería, la diferencia es muy marcada ".

Salvando el futuro de las baterías

Las dendritas y los problemas que provocan darán a los científicos una mejor comprensión de cómo planificar nuevos tipos de baterías. La planificación anticipada para las dendritas afectaría el futuro del almacenamiento de energía y crearía baterías de larga duración a pesar de las condiciones variables.

"Estábamos realmente emocionados. Esta fue la primera vez que pudimos obtener imágenes tan detalladas de una dendrita, y también vimos la nanoestructura de la capa SEI por primera vez", dice uno de los investigadores, Yanbin Li. "Esta herramienta puede ayudarnos a comprender qué hacen los diferentes electrolitos y por qué algunos funcionan mejor que otros".


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