Científicos de Estados Unidos han puesto bajo el microscopio la carga rápida de las baterías de iones de litio y han descubierto que la carga a altas velocidades puede dañar rápidamente la estructura de un ánodo de grafito, provocando una pérdida de capacidad incluso después de un pequeño número de ciclos. Al identificar los mecanismos que causan esta pérdida de rendimiento, el grupo puede ayudar a orientar la investigación futura en la dirección correcta.
Los científicos de todo el mundo se centran en sacar más partido a las tecnologías de iones de litio y otras tecnologías de almacenamiento de energía. Las baterías ya están haciendo una valiosa contribución a la transición energética, pero aún quedan muchos retos y mejoras por hacer.
Y aunque gran parte de esta investigación se centra en trabajar con materiales totalmente nuevos que resultan prometedores para las aplicaciones de almacenamiento de energía, exprimir más las tecnologías establecidas y comprender los mecanismos que subyacen a sus limitaciones es una perspectiva valiosa para muchos.
La carga rápida supone un reto para las baterías actuales, sobre todo en lo que respecta a las aplicaciones para vehículos eléctricos, y entender cómo las corrientes más altas necesarias para la carga rápida pueden causar daños y pérdidas de rendimiento dentro de la batería es el objetivo de un trabajo reciente de científicos dirigidos por el Laboratorio Nacional de Argonne (Estados Unidos).
El grupo tomó un ánodo de grafito “preparado” que no había sido sometido a ciclos en una batería, ni siquiera expuesto a un electrolito, y lo comparó con otro tomado de una célula que había pasado por varios ciclos de carga rápida.
Ambos ánodos se examinaron mediante sofisticadas técnicas de imagen y caracterización, que se describen en el artículo Increased Disorder at Graphite Particle Edges Revealed by Multi-length Scale Characterization of Anodes from Fast-Charged Lithium-Ion Cells, publicado en el Journal of the Electrochemical Society.
Además del recubrimiento -en el que el litio del electrolito se deposita permanentemente en la superficie del ánodo en lugar de almacenarse de forma reversible en las partículas de grafito-, el grupo observó cambios en la estructura del ánodo que reducían aún más su capacidad. Básicamente, lo que observamos es que la red atómica del grafito se deforma, lo que impide que los iones de litio encuentren su “hogar” dentro de las partículas, sino que se depositan en ellas”, explicó el científico de Argonne Daniel Abraham. Añadió que este efecto parece aumentar cuanto más rápido se carga la batería, y es visible incluso después de unos pocos ciclos. “La clave es encontrar formas de evitar esta pérdida de organización o de modificar de alguna manera las partículas de grafito para que los iones de litio puedan intercalarse de forma más eficiente”.
El grupo sugiere que aumentar el voltaje de corte de la célula o incrementar el espacio en la red de partículas de grafito podrían ser soluciones potenciales, pero cada una de ellas tendría sus propios inconvenientes.
Sin embargo, la mejor comprensión de los mecanismos que subyacen a la pérdida de recubrimiento y rendimiento debería abrir nuevas puertas a los investigadores que buscan soluciones.
Noticia tomada de: pv magazine / Traducción libre del inglés por World Energy Trade
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