Los investigadores del Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC del Departamento de Energía de EE. UU. y la Universidad de Stanford pueden haber encontrado una manera de revitalizar las baterías de litio recargables, lo que podría aumentar la autonomía de los vehículos eléctricos y la duración de las baterías en la generación de dispositivos electrónicos de alta gama.
A medida que las baterías de litio se reciclan, acumulan pequeñas islas de litio inactivo que se separan de los electrodos, lo que reduce la capacidad de la batería para almacenar carga. Pero el equipo de investigación descubrió que podían hacer que este litio «muerto» se arrastrara como un gusano hacia uno de los electrodos hasta que se volviera a conectar, revirtiendo parcialmente el proceso no deseado.
Agregar este paso adicional ralentizó la degradación de su batería de prueba y aumentó su vida útil en casi un 30%.
«Ahora estamos explorando la posible recuperación de la capacidad perdida en las baterías de iones de litio mediante un paso de descarga extremadamente rápido», dijo Fang Liu, becaria postdoctoral de Stanford y autora principal del estudio. publicado el 22 de diciembre en la naturaleza.
Gran parte de la investigación se centra en encontrar formas de fabricar baterías recargables con un peso más ligero, una vida útil más larga, mayor seguridad y velocidades de carga más rápidas que la tecnología de iones de litio que se usa actualmente en teléfonos móviles, computadoras portátiles y vehículos eléctricos. Se pone especial énfasis en el desarrollo de baterías de metal de litio, que podrían almacenar más energía por volumen o peso. Por ejemplo, en los coches eléctricos, estas baterías de última generación podrían aumentar el kilometraje por carga y potencialmente ocupar menos espacio en el maletero.
Ambos tipos de baterías usan iones de litio cargados positivamente que se mueven de un lado a otro entre los electrodos. Con el tiempo, parte del litio metálico se vuelve electroquímicamente inactivo, formando islas aisladas de litio que ya no se conectan a los electrodos. Esto da como resultado una pérdida de capacidad y es un problema particular para la tecnología de metal de litio y la carga rápida de baterías de iones de litio.
Sin embargo, en el nuevo estudio, los investigadores demostraron que podían movilizar y recuperar litio aislado para prolongar la vida útil de la batería.
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“Siempre he pensado que el litio aislado es malo porque hace que las baterías se degraden e incluso se incendien”, dijo Yi Cui, profesor de Stanford y SLAC e investigador del Instituto Stanford para la Investigación de Materiales y Energía (SIMES), quien dirigió el estudio. investigar. «Pero descubrimos cómo reconectar eléctricamente este litio ‘muerto’ con el electrodo negativo para reactivarlo».
Arrastrándose, no muerto
La idea del estudio surgió cuando Cui especuló que aplicar un voltaje al cátodo y al ánodo de una batería podría causar que una isla aislada de litio se moviera físicamente entre los electrodos, un proceso que su equipo ahora ha confirmado a través de sus experimentos.
Los científicos fabricaron una celda óptica con un cátodo de litio-níquel-manganeso-cobalto-óxido (NMC), un ánodo de litio y una isla de litio aislada entre ellos. Este dispositivo de prueba les permitió observar en tiempo real lo que sucedía dentro de una batería cuando se estaba utilizando.
Descubrieron que la isla de litio aislada no estaba «muerta» en absoluto, sino que respondía a las operaciones de la batería. Al cargar la celda, la isla se movía lentamente hacia el cátodo; en la descarga, se deslizó en la dirección opuesta.
«Es como un gusano muy lento que extiende su cabeza hacia adelante y tira de su cola para moverse nanómetro por nanómetro», dijo Cui. “En este caso, se transporta disolviéndose en un extremo y depositando material en el otro extremo. Si podemos mantener el gusano de litio en movimiento, eventualmente tocará el ánodo y restaurará la conexión eléctrica”.
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Aumento de la vida útil
Los resultados, que los científicos validaron con otras baterías de prueba y mediante simulaciones por ordenador, también demuestran cómo se podría recuperar el litio aislado en una batería real cambiando el protocolo de carga.
«Descubrimos que podemos mover el litio desprendido al ánodo durante la descarga, y estos movimientos son más rápidos bajo corrientes más altas», dijo Liu. “Así que agregamos una etapa de descarga rápida de alta corriente justo después de cargar la batería, que movió el litio aislado lo suficiente como para volver a conectarlo al ánodo. Esto reactiva el litio para que pueda participar en la vida útil de la batería”.
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«Nuestros hallazgos también tienen amplias implicaciones para el diseño y desarrollo de baterías de metal de litio más robustas».
Fuente: Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC
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