Investigadores de la Universidad de Stanford han revelado un gran avance en la tecnología de baterías de vehículos eléctricos (EV), que promete abordar una limitación clave de las baterías de metal de litio .
Estas baterías de próxima generación ofrecen el doble de autonomía que los modelos actuales de iones de litio, alcanzando de 500 a 700 millas (804 a 1126 kilómetros) con una sola carga. Sin embargo, sufren una rápida pérdida de capacidad de almacenamiento de energía después de unos pocos ciclos de carga, lo que dificulta su viabilidad a largo plazo.
En un estudio reciente publicado en la revista Nature , los científicos proponen una solución sencilla pero eficaz: agotar la batería y dejarla reposar durante varias horas. Este enfoque mejora significativamente el ciclo de vida de la batería y el rendimiento general, lo que potencialmente hace avanzar el mercado de los vehículos eléctricos, según el equipo.
Litio muerto
Las baterías de iones de litio , que comprenden un ánodo de grafito y un cátodo de óxido metálico de litio, son comunes en los vehículos eléctricos y utilizan un electrolito para transportar iones de litio entre los electrodos. Introduzca las baterías de metal de litio, reemplazando el grafito con litio galvanizado, almacenando el doble de energía en el mismo espacio y pesando menos. Sin embargo, su potencial se ve socavado por la rápida degradación provocada por los ciclos de carga.
Según los investigadores, las baterías de metal de litio podrían duplicar la autonomía de los vehículos eléctricos, lo cual es crucial para aliviar la ansiedad por la autonomía. Desafortunadamente, el ciclo continuo atrapa bits de metal de litio en la interfaz del electrolito sólido (SEI), deteniendo la actividad electroquímica y degradando la vida útil de la batería.
Este litio muerto se acumula con los ciclos, lo que disminuye la capacidad de la batería mucho más rápido que sus homólogos de iones de litio. “La matriz SEI es esencialmente electrolito descompuesto. Rodea piezas aisladas de litio metálico arrancadas del ánodo y evita que participen en reacciones electroquímicas. Por esa razón, consideramos que el litio aislado está muerto”, dijo en un comunicado Wenbo Zhang, coautor principal del estudio y estudiante de doctorado en ciencia e ingeniería de materiales de Stanford .
Según el equipo, las baterías de litio metálico ofrecen una densidad de energía y un alcance superiores, por lo que resolver este problema es fundamental para la adopción generalizada de vehículos eléctricos.
Solución prometedora
La disolución de la matriz SEI durante la inactividad de la batería se descubrió en investigaciones anteriores. A partir de esta idea, el equipo de Stanford investigó los efectos de permitir que la batería descansara en un estado descargado.
El primer paso implicó una descarga completa, quitando el litio metálico del ánodo, dejando solo litio inactivo rodeado por la matriz SEI. Al permitir que la batería permanezca inactiva después de la descarga, se reveló que parte de la matriz SEI que rodeaba el litio muerto se disolvió en una hora.
Esta disolución permitió que el litio muerto se volviera a conectar con el ánodo al recargarse, ya que había menos masa sólida obstructiva. Según el equipo, esta reconexión rejuveneció el litio muerto, mejorando la generación de energía de la batería y prolongando su ciclo de vida.
Esta pérdida de energía, que antes se consideraba irreversible, se podía recuperar dejando reposar la batería descargada. Utilizando microscopía de vídeo de lapso de tiempo, los investigadores observaron la desintegración del SEI residual y la posterior recuperación del litio muerto durante la fase de reposo.
Los investigadores señalan que dejar reposar la batería de un automóvil durante varias horas es práctico, dada la hora diaria que el conductor estadounidense promedio pasa al volante. Un vehículo eléctrico suele albergar unas 4.000 baterías organizadas en módulos gestionados por un sistema de gestión de baterías (BMS). Como un cerebro electrónico, este sistema supervisa y regula el rendimiento de la batería.
El BMS actual se puede configurar con baterías de metal de litio para descargar módulos individuales por completo, dejándolos sin capacidad. Es importante destacar que esta estrategia no requiere nuevos métodos o materiales de fabricación costosos. Según el equipo, este simple ajuste dentro de los sistemas existentes ofrece una solución sencilla para mejorar el rendimiento de la batería sin una inversión significativa.
“Puede implementar nuestro protocolo tan rápido como sea necesario para escribir el código del sistema de gestión de baterías. Creemos que en ciertos tipos de baterías de metal de litio, el estado de descarga en reposo por sí solo puede aumentar significativamente la vida útil del ciclo de vida de los vehículos eléctricos”, afirmó Zhang.