Mirando hacia adelante: A pesar de ser una de las tecnologías más prácticas y efectivas para almacenar y entregar energía eléctrica, las baterías de iones de litio han comenzado a mostrar sus límites. Los científicos están buscando materiales alternativos y soluciones de almacenamiento de energía, pero ahora dicen que pueden hacer que las baterías de iones de litio funcionen mejor y durante períodos más prolongados.
Un equipo de investigadores europeos del Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) y la Universidad Humboldt de Berlín desarrollado una solución de carga alternativa para hacer que las baterías de iones de litio duren mucho más que ahora. El estudio muestra que las baterías se vuelven más resistentes y retienen una mayor capacidad energética después de cientos de ciclos de descarga y recarga al cambiar la forma en que el cargador entrega corriente a los materiales electrolíticos.
Las baterías de iones de litio son contenedores de energía compactos y robustos que se han vuelto obsequiosos. Los vehículos eléctricos y los dispositivos electrónicos dependen de ellos, pero su capacidad se degrada gradualmente a medida que los electrolitos atraviesan la membrana que separa el ánodo y el cátodo. Las mejores baterías de iones de litio de calidad comercial disponibles utilizan electrodos hechos de un compuesto conocido como NMC532 y grafito, y brindan una vida útil de hasta 8 años.
La carga convencional utiliza una corriente constante (CC) de energía eléctrica externa. El estudio analizó lo que sucedió con las muestras de baterías cuando se utilizó la carga CC y descubrió que la interfaz de electrolito sólido (SEI) del ánodo era «significativamente más gruesa». Además, encontraron más grietas en las estructuras de los electrodos de grafito y NMC532.
Un SEI más grueso y más grietas en los electrodos significan una pérdida significativa de capacidad para las baterías de iones de litio. Así, los investigadores desarrollaron un protocolo de carga basado en corriente pulsada (PC). Después de cargar las baterías con el nuevo protocolo de PC, el equipo descubrió que la interfaz SEI era mucho más delgada y los materiales de los electrodos sufrieron menos cambios estructurales.
El equipo utilizó dos de las principales instalaciones de sincrotrón de Europa para aceleración de partículas, «BESSY II» y «PETRA III», para llevar a cabo los experimentos de recarga de corriente pulsada. Descubrieron que la carga de PC promueve la «distribución homogénea» de los iones de litio en el grafito, lo que reduce la tensión mecánica y el agrietamiento en las partículas de grafito. El protocolo también puede suprimir la degradación estructural en el cátodo NMC532.
El estudio muestra que los pulsos de alta frecuencia con corriente de onda cuadrada produjeron los mejores resultados. Las pruebas muestran que la carga de PC puede duplicar la vida útil de las baterías comerciales de iones de litio con una retención de capacidad del 80 por ciento.
«La carga pulsada podría aportar muchas ventajas en términos de estabilidad de los materiales de los electrodos y las interfaces y prolongar significativamente la vida útil de las baterías», dijo la profesora de la Universidad Técnica de Berlín, la Dra. Julia Kowal, coautora del estudio.
