Las baterías de vehículos eléctricos se degradan por cómo se almacena su contenido

La Universidad de Cambridge publicó una investigación sobre el movimiento de iones de litio dentro de una batería, la misma que se utiliza para propulsar los vehículos eléctricos. Halló que el almacenamiento es variable y depende del estado del ciclo de descarga.

Hasta ahora, se consideró que los iones de litio se almacenaban de forma uniforme. De esta forma, se pudo entender por qué las baterías se degradan con el tiempo, perdiendo efectividad durante su vida útil. Con el hallazgo, ahora se podrá aumentar el rendimiento de las pilas.

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La investigación llevó al equipo a cargo a rastrear cómo la luz interactúa con las partículas activas en el funcionamiento de la batería de litio. Se empleó un cátodo de óxido de cobalto y manganeso rico (NMC) en níquel.

Para entender mejor, se examinó una batería ternaria que se halla en una gran oferta de vehículos eléctricos. Así, lograron analizar las diferencias en el almacenamiento de litio durante el ciclo de carga y descarga, explica el sitio Híbridos y Eléctricos.

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“Esta es la primera vez que se observa directamente esta falta de uniformidad en el almacenamiento de litio en partículas individuales”, señaló Alice Merryweather, una de las investigadoras del Departamento de Química Yusuf Hamied de Cambridge.

“Las técnicas en tiempo real, como la nuestra, son esenciales para capturar este efecto mientras la batería está en pleno ciclo de carga y descarga”, añadió.

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La falta de uniformidad del litio se produce por los cambios drásticos en la tasa de difusión de iones de litio en el cátodo NMC. Esto tiene lugar durante los ciclos de carga y descarga, conclusión que se pudo llegar gracias a las observaciones en microscopio antes descrito junto a modelos informáticos.

Los iones de litio se esparcen de forma lenta en las partículas NMC que están cargadas con litio. El proceso mejora de forma superlativa si se extraen algunos iones de litio de dichas partículas, aseguró la investigación. Así, se encontró la forma de mejorar las baterías actuales.

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Por otra parte, se determinó una de las razones por las que los cátodos ricos en níquel pierden cerca del 10% de su capacidad después del primer ciclo de carga y descarga: la heterogeneidad del litio. Una batería debe retirarse si pierde 20% de su capacidad, dijo Chao Xu, de la Universidad ShanghaiTech, y colaborador del estudio.

La investigación se sostuvo en un modelo que predice, de forma precisa, las distribuciones de litio. El miembro del Departamento de Ingeniería de Cambridge, Shrinidhi Pandurangi, explicó que, dicho modelo ofrece datos “sobre el rango en el que varía de la difusión de iones de litio en las partículas NMC durante las primeras etapas de carga”.

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La batería, cerca del final del ciclo de descarga, mantiene las superficies de las partículas activas saturadas de litio, mientras sus núcleos tienen deficiencia de este material. Esto resulta en una pérdida de litio reutilizable y reducción de su capacidad.

El descubrimiento es la base para comprender los mecanismos de degradación de la batería. Esto ayudaría a desarrollar pilas que garanticen una menor pérdida de su capacidad, y en consecuencia mayor eficiencia en favor de los vehículos eléctricos, por ejemplo.

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Finalmente, el equipo del estudio a cargo publicó sus resultados en la revista Joule. Ahora están enfocados en aumentar la densidad de energía e incrementar la vida útil de las baterías de litio.