Celda in situ para estudios por R-X en baterías de ion Litio

Abstract

El desarrollo de baterías recargables de litio resulta imprescindible para el almacenamiento de energía sobre todo la generada a partir de fuentes renovables (eólica, solar, etc.). La Argentina se encuentra en una posición privilegiada en este aspecto por poseer una de las mayores reservas mundiales de litio de fácil extracción. En una batería ocurren procesos físico-químicos que requieren medir la naturaleza de la zona activa en la que ocurren a medida que se desencadenan. Las técnicas espectroscópicas como la difracción de rayos X permiten analizar las estructuras cristalinas presentes mientras que las técnicas electroquímicas posibilitan obtener ciertos parámetros de interés que caracterizan al sistema induciendo la carga/descarga de la batería mediante una señal eléctrica. En este trabajo se diseñó y fabricó una celda in-situ adaptada al difractómetro PANalytical perteneciente a la Universidad Nacional de Córdoba para realizar estudios por RX en baterías de litio. Pudimos ciclar exitosamente la batería y además obtener el difractograma ex-situ de un ánodo de grafito descargado en coincidencia con los resultados presentes en la literatura. En la implementación de este diseño resultó esencial el modelado computacional de la ley de atenuación de RX en materiales. Si bien los resultados obtenidos hasta el momento no evidencian el funcionamiento de los estudios por RX de forma in-situ ciertamente sientan las bases que preceden al mismo.

Rechargeable lithium batteries are essential in energy storing from renewable sources (wind, solar, etc.). Our country: Argentina is in a privileged position for having one of the world's largest reserves of easily removable lithium. A working battery triggers physical-chemical processes that require measuring the nature of the active zone in which they occur. Using a spectroscopic technique such as X-ray diffraction allows a crystalline structure analysis while an electrochemical technique measures certain parameters of interest that characterize the system by inducing battery charge/discharge with an electrical signal. To carry out X-ray studies on lithium batteries we designed and manufactured an in-situ cell adapted to a PANalytical diffractometer belonging to the National University of Córdoba. We were able to successfully perform a battery cycling and to study the discharged graphite anode trough ex-situ x-ray diffraction wich spectrum is in agreement with literature. The computational modeling of the RX attenuation law in materials was essential in the implementation of this design. Although the results obtained so far do not show working in-situ cycling, they certainly lay the foundations that precede it.