Pese a ser una de las tecnologías más prácticas y eficaces para almacenar y suministrar energía eléctrica, las baterías de iones de litio han empezado a mostrar sus límites. Los científicos buscan materiales y soluciones de almacenamiento de energía alternativos, pero los investigadores afirman ahora que pueden conseguir que las baterías de iones de litio funcionen mejor y durante periodos más prolongados.
Un equipo de investigadores europeos del Helmholtz-Zentrum de Berlín (HZB) y la Universidad Humboldt de Berlín ha desarrollado una solución de carga alternativa para que las baterías de iones de litio duren mucho más que ahora. El estudio demuestra que las baterías se vuelven más resistentes y conservan una mayor capacidad energética tras cientos de ciclos de descarga y recarga cambiando la forma en que el cargador suministra la corriente a los materiales electrolíticos.
Las baterías de iones de litio son contenedores de energía compactos y robustos que se han hecho omnipresentes. Los vehículos eléctricos y los dispositivos electrónicos dependen de ellas, 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 disponibles en el mercado utilizan electrodos hechos de un compuesto conocido como NMC532 y grafito, y proporcionan una vida útil de hasta 8 años.
La carga convencional utiliza una corriente constante (CC) de energía eléctrica externa. El estudio analizó lo que ocurría con las muestras de baterías cuando se utilizaba 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.
Una SEI más gruesa y más grietas en los electrodos suponen una pérdida significativa de capacidad para las baterías de iones de litio. Así que los investigadores desarrollaron un protocolo de carga basado en corriente pulsada (PC). Tras cargar las baterías con el nuevo protocolo PC, el equipo descubrió que la interfaz SEI era mucho más fina y los materiales de los electrodos sufrían menos cambios estructurales.
El equipo utilizó dos de las principales instalaciones de sincrotrón de Europa para la aceleración de partículas, «BESSY II» y «PETRA III», para realizar los experimentos de recarga con corriente pulsada. Descubrieron que la carga con PC favorece la «distribución homogénea» de los iones de litio en el grafito, lo que reduce la tensión mecánica y el agrietamiento de las partículas de grafito. El protocolo también puede suprimir la degradación estructural en el cátodo NMC532.
El estudio muestra que la pulsación de alta frecuencia con corriente de onda cuadrada produjo los mejores resultados. Las pruebas demuestran que la carga por PC puede duplicar la vida útil de las baterías comerciales de iones de litio con una retención de la capacidad del 80 por ciento.
«La carga pulsada podría aportar muchas ventajas en cuanto a la estabilidad de los materiales de los electrodos y las interfaces y prolongar significativamente la vida útil de las baterías», afirma la Dra. Julia Kowal, profesora de TU Berlín y coautora del estudio.
Fuente WEB | Editado por CambioDigital Online
