Descubren la razón detrás de la degradación de las baterías de litio

La verdad es que a las actuales baterías móviles no les sienta nada bien la “edad”. O en este caso, las recargas, pues después de cada ciclo de carga se van degradando más y más hasta que duran nada y menos. Todos lo hemos vivido, pasan los años y nuestros móviles cada vez lo aguantan peor… ¿Culpable? La batería, concretamente los iones de litio. Pero puede que esto pronto cambie, o al menos mejore, gracias a dos nuevos estudios publicados en Nature Communications a cargo de los científicos de los Laboratorios Nacionales del Departamento de Energía de EE.UU. (DOE)

El secreto de la degradación de las baterías de litio

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Según comenta Huolin Xin, experto en nanomateriales del Brookhaven Lab’s Center for Functional Nanomaterials (CFN) y co-autor de ambos estudios, se ha logrado descubrir la evolución de los patrones de degradación de las baterías de litio. Por lo visto, contrariamente a lo esperado a gran escala, las reacciones de los iones de litio erosionan los materiales de forma poco uniforme, dando lugar a las vulnerabilidades intrínsecas en la estructura atómica de la batería, de forma similar a lo que produce el óxido en el acero.

Para llegar a esta conclusión, Xin y sus colegas usaron técnicas de microscopía electrónica para visualizar directamente las reacciones químicas de los componentes de las baterías a escala nanométrica durante sus procesos de carga y descarga. Se exploró por separado un ánodo de óxido de níquel y un cátodo de óxido de níquel-manganeso-cobalto, pues ambos destacan por su alta capacidad y ciclabilidad.

Durante el experimento, los iones de litio viajaron a través de una solución de electrolitos, moviéndose en el ánodo durante la carga, y en el cátodo durante la descarga. Los procesos se regularon mediante electrones, pero los movimientos de los iones de las baterías cambiaban de estructura de forma sutil en cada carga.

Un software a medida de la investigación

Para poder observar como actuaban los iones de litio al reaccionar con el óxido de níquel, los científicos usaron un software hecho a medida para reconstruir digitalmente las nanoestructuras tridimensionales a una resolución de un solo nanómetro. Curiosamente, las reacciones de oxidación ocurrían en puntos aislados, en lugar de depositarse de forma uniforme por toda la superficie.

“Teniendo en cuenta el ejemplo de los copos de nieve, los cuales se forman alrededor de pequeñas partículas de polvo, podemos explicar la formación de los cristales. Estos se forman a partir de irregularidades. Nuestro ánodo de óxido de níquel solo se transforma en níquel metálico gracias a la falta de homogeneidad o por los defectos nanométricos de la superficie, es decir, gracias a las grietas del ánodo”

Por otra parte, también se detectó que a medida que se producían ciclos de carga-descarga del lito, también se iban provocando cristalizaciones y aglutinaciones, limitando su rendimiento, sobre todo en las baterías con voltajes más elevados, donde el deterioro era más rápido. Pero justamente eso fue lo que dio lugar a poder pensar en un método que obstaculice la degradación, según comenta Xin:

“Es posible utilizar esta deposición atómica para recubrir los cátodos de níquel-manganeso-cobalto con elementos resistentes a la cristalización, creando fronteras nanométricas. De hecho, los expertos en baterías del Berkeley Lab, Marca Doeff y Fen Lin, ya están trabajando en ello”

Veremos si sus investigaciones llegan a buen puerto y pueden mejorar las baterías actuales. Al menos hasta que aparezcan materiales mejores o las empresas de tecnología se dignen a cambiar las fuentes de energía de sus dispositivos, cosa que por el momento parece lejana visto lo visto.

Vía | RDmag.