La creciente demanda de vehículos eléctricos (VE) en la industria automotriz ha llamado la atención sobre la importancia de los materiales para la tecnología de las baterías.
Debido a su abundancia y sus cualidades ventajosas sobre el cobalto, un sustituto común, el níquel, está atrayendo más atención.
Gracias a la mayor densidad energética del níquel, los vehículos pueden viajar más lejos con una sola carga, lo que atrae tanto a los fabricantes como a los consumidores.
Baterías de níquel de alta energía y más seguras
Sin embargo, es imposible ignorar las dificultades que presentan las baterías de níquel.
Debido a su reputación de inestabilidad, el níquel plantea interrogantes sobre su seguridad, estabilidad térmica y ciclo de vida.
Para resolver estos problemas, investigadores de la Universidad de Texas en Austin han iniciado una investigación exhaustiva centrada en los cátodos de níquel esenciales para el funcionamiento de las baterías.
Arumugam Manthiram, profesor del Departamento de Ingeniería Mecánica Walker y del Instituto de Materiales de Texas, es uno de los principales investigadores involucrados en este estudio, que se publicó recientemente en Nature Energy .
“Los cátodos con alto contenido de níquel tienen el potencial de revolucionar el mercado de los vehículos eléctricos al ofrecer mayores autonomías”, afirmó Manthiram. “Nuestro estudio proporciona un análisis minucioso de su estabilidad térmica, esencial para el desarrollo de baterías más seguras”.
El equipo de investigación realizó una evaluación exhaustiva y realizó más de 500 mediciones en 15 materiales de cátodo con alto contenido de níquel.
Encontrar un nivel de carga crítico para cada material del cátodo que genere un límite de trabajo seguro fue un descubrimiento clave de su investigación. Este umbral depende de diversas variables, como la reactividad superficial y la fuerza de los enlaces metal-oxígeno.
Los materiales de la batería muestran inestabilidad a medida que se acercan a este nivel de carga crítico.
Si no se controlan estas inestabilidades, pueden producirse fugas térmicas, una situación peligrosa en la que la batería se calienta aún más a medida que el aumento de la temperatura hace que se libere energía.
Debido a este fenómeno, los fabricantes y los consumidores están cada vez más preocupados por la seguridad, lo que aumenta drásticamente el riesgo de fallo de la batería e incendio.
Promete seguridad sin sacrificar velocidad
Los investigadores crearon una clasificación de estabilidad térmica para reducir estos peligros.
Este índice mide el comportamiento de varios materiales en situaciones cercanas al descontrol térmico.
La composición, el tamaño de los cristales, la concentración de níquel y la química de la superficie de los cátodos son variables importantes que afectan su estabilidad térmica.
Este hallazgo tiene consecuencias de gran alcance para la tecnología de vehículos eléctricos.
La eficiencia y la seguridad de las baterías son fundamentales a medida que el movimiento mundial hacia una energía más limpia continúa ganando terreno.
El estudio ofrece un marco importante que podría orientar a los fabricantes para mejorar los diseños de sus baterías manteniendo los beneficios de la alta densidad energética asociada al níquel.
Zehao Cui, investigador asociado que trabaja en el proyecto, dijo : “Nuestro trabajo proporciona una hoja de ruta para que la industria la siga, garantizando que la alta densidad energética de estos cátodos no se produzca a costa de la seguridad”.
En el futuro, los científicos pretenden profundizar su exploración de las conexiones entre estos cátodos basados en níquel y los electrolitos, otra parte esencial de la tecnología de las baterías.
Los iones que llevan carga eléctrica fluyen más fácilmente por la batería gracias a los electrolitos, que frecuentemente son de base líquida.
Para mejorar el rendimiento y la seguridad de la batería se requieren interacciones electrolito-cátodo confiables y seguras.
Los avances en tecnología de baterías, como los que impulsa este estudio, serán esenciales para la continua electrificación de la industria automotriz y la viabilidad y seguridad de los vehículos eléctricos para los consumidores de todo el mundo.