Descubren por qué las baterías recargables se degradan a medida que se usan

Cada vez que se recargan las baterías de iones de litio, su capacidad de almacenamiento se reduce un poco. Pero gracias a la investigación del Departamento de Energía de los EE.UU., finalmente se sabe por qué ocurre exactamente y, más importante aún, cómo evitar que suceda.

Mientras las baterías de ión de litio se descargan, los iones de litio (Li+) llevan una carga eléctrica desde el ánodo al cátodo a través de un electrolito no acuoso.

Esto es lo que da energía al teléfono. No es un sistema perfectamente repetible sin embargo, y cada vez que los iones de litio se mueven a través de la batería, causan cambios diminutos en las estructuras físicas de los electrodos. Esto es lo que finalmente mata a la capacidad de su batería.

Dos recientes estudios publicados por la revista Nature Communications, incluyendo los laboratorios del Departamento de Energía del Lawrence Berkeley, Brookhaven, SLAC y el National Renewable Energy Laboratory, han revisado intensamente este proceso y se han hecho algunos descubrimientos sorprendentes.

Descubrieron los patrones de evolución y de degradación, nunca antes vistos, en dos materiales clave de la batería.

Contrariamente a la observación a gran escala, las reacciones de iones de litio en realidad erosionan los materiales de manera no uniforme, creando vulnerabilidades intrínsecas en la estructura atómica de la misma manera que el óxido ataca de manera desigual al acero.

Mientras los iones Li+ se mueven a través del ánodo de óxido de níquel al descargarse, causan roturas diminutas en el material, disminuyendo su capacidad.

El ánodo de óxido de níquel sólo se transforma en níquel metálico a través de la falta de homogeneidad o defectos nanométricos en la estructura de la superficie, un poco como grietas en la armadura del ánodo.

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A medida que los iones de litio corren a través de las capas de reacción, provocan una  cristalización aglutinante, una clase de matriz de sal de roca que se acumula con el tiempo y comienza a limitar el rendimiento.

Se ha encontrado que estas estructuras tienden a formarse a lo largo de los canales de reacción de iones de litio.

El efecto fue aún más pronunciado en los voltajes más altos, lo que explica el deterioro más rápido.

Así que ahora que se sabe cómo estas baterías se degradan a lo largo de su vida operativa, los investigadores deben ser capaces de aprovechar estos datos para nuevos y más robustos diseños de baterías.

Puede ser posible utilizar la deposición atómica para recubrir los cátodos NMC con elementos que se resistan a la cristalización.

Van a pasar algunos años antes de que este avance tecnológico llegue al mercado de consumo.

Fuente: Gizmodo