Los investigadores han identificado un posible nuevo mecanismo de degradación de las baterías de los vehículos eléctricos, puede ser un paso clave para diseñar métodos eficaces para mejorar la vida útil de las baterías.
Los investigadores, de las Universidades de Cambridge y Liverpool, y de la Diamond Light Source, han identificado una de las razones por las que los materiales de última generación de las baterías “ricas en níquel” se fatigan, y ya no pueden cargarse completamente después de un uso prolongado.
Sus resultados, publicados en la revista Nature Materials, abren la puerta al desarrollo de nuevas estrategias para mejorar la vida útil de las baterías.
Como parte de los esfuerzos por combatir el cambio climático, muchos países han anunciado ambiciosos planes para sustituir los vehículos de gasolina o diésel por vehículos eléctricos (EV, por sus siglas en inglés) para 2050 o antes.
Es probable que las baterías de iones de litio utilizadas por los EV dominen el mercado de los automóviles en un futuro previsible, y los óxidos metálicos de transición de litio ricos en níquel son la opción más moderna para el electrodo positivo, o cátodo, de estas baterías.
Actualmente, la mayoría de las baterías de EV contienen cantidades significativas de cobalto en sus cátodos. Sin embargo, el cobalto puede causar graves daños ambientales, por lo que los investigadores han buscado reemplazarlo por níquel, que también ofrece mayores capacidades prácticas que el cobalto.
No obstante, los materiales ricos en níquel se degradan mucho más rápido que la tecnología existente y requieren estudios adicionales para que sean comercialmente viables para aplicaciones como los EV.
“A diferencia de los productos electrónicos consumibles, que suelen tener una vida útil de sólo unos pocos años, se espera que los vehículos duren mucho más y, por lo tanto, es esencial aumentar la vida útil de una batería de EV”, dijo el Dr. Chao Xu, del Departamento de Química de Cambridge, y primer autor del artículo.
“Por eso, una comprensión completa y profunda de cómo funcionan y por qué fallan durante mucho tiempo es crucial para mejorar su rendimiento”.
Para monitorear los cambios de los materiales de las baterías en tiempo real durante varios meses de pruebas de funcionamiento, los investigadores usaron tecnología láser para diseñar una nueva pila de monedas, también conocida como celda de botón.
“Este diseño ofrece una nueva posibilidad de estudiar los mecanismos de degradación durante un largo período de ciclos para muchas químicas de baterías”, dijo Xu.
Durante el estudio, los investigadores descubrieron que una proporción del material del cátodo se fatiga después de la carga y descarga repetitiva de la célula, y la cantidad de material fatigado aumenta a medida que el ciclo continúa.
Xu y sus colegas se sumergieron profundamente en la estructura del material a escala atómica para buscar respuestas al por qué ocurre tal proceso de fatiga.
“Para funcionar plenamente, los materiales de las baterías necesitan expandirse y encogerse a medida que los iones de litio entran y salen”, dijo Xu.
“Sin embargo, después de un uso prolongado, encontramos que los átomos de la superficie del material se habían reorganizado para formar nuevas estructuras que ya no son capaces de almacenar energía”.
Lo que es peor es que estas áreas de superficie reconstruida aparentemente actúan como clavos que fijan el resto del material en su lugar y le impiden la contracción que se requiere para alcanzar el estado de carga completa. Como resultado, el litio permanece atascado en la red y este material fatigado puede soportar menos carga.
Con estos conocimientos, los investigadores buscan ahora contramedidas eficaces, como revestimientos protectores y aditivos electrolíticos funcionales, para mitigar este proceso de degradación y prolongar la vida útil de esas baterías.
Noticia tomada de: Phys.org / Traducción libre del inglés por WorldEnergyTrade.com
Te puede interesar:
- Australia: Sydney funcionará totalmente con energía renovable
- BlueSATH, la primera plataforma eólica flotante de Saitec en España
- Los científicos convierten las botellas de plástico en nanomateriales para el almacenamiento de energía
