Los electrodos monocristalinos en las baterías de iones de litio de los vehículos eléctricos les permiten durar varias veces más que la tecnología existente.
Una batería de iones de litio con un electrodo monocristalino se ha estado cargando y descargando continuamente durante 6 años, conservando la mayor parte de su capacidad de almacenamiento de energía. (Crédito de la imagen: Natee Meepian vía Shutterstock)
Las baterías con «electrodos de monocristal» podrían alimentar vehículos eléctricos (VE) durante millones de kilómetros, lo que significa que sus baterías durarían más que otras partes de los automóviles, según muestra una nueva investigación.
Una batería de iones de litio con este nuevo tipo de electrodo ha estado cargándose y descargándose constantemente durante seis años, manteniendo casi el 80% de su capacidad original. Esa batería tuvo un ciclo ocho veces más largo que una batería de iones de litio normal, el equivalente a un automóvil eléctrico que recorra 5 millones de millas (8 millones de kilómetros), informaron los investigadores el 15 de noviembre en el Journal of The Electrochemical Society .
Todas las baterías se desgastan lentamente y pierden parte de su capacidad de almacenamiento de energía con el tiempo. Por ejemplo, la batería de tu teléfono tiene menos carga después de unos años que cuando lo compraste. Lo mismo sucede con las baterías de los autos eléctricos: cuando su capacidad de almacenamiento disminuye, también disminuye la distancia que el auto puede recorrer con una sola carga.
«El objetivo principal de nuestra investigación fue comprender cómo progresa el daño y la fatiga dentro de una batería con el tiempo y cómo podemos prevenirlo», dijo en un comunicado el coautor del estudio Toby Bond , químico de Canadian Light Source .
En el estudio, financiado por el fabricante de vehículos eléctricos Tesla y en el que participaron investigadores de la Universidad de Dalhousie en Nueva Escocia, los investigadores compararon el electrodo monocristalino de larga duración con un electrodo policristalino de uso más común. Los dos electrodos están hechos de materiales similares, pero en el electrodo policristalino, esos materiales toman la forma de muchas partículas diminutas formadas a partir de cristales aún más pequeños agrupados. En el electrodo monocristalino, como sugiere el nombre, cada partícula está hecha de un solo cristal, lo que las hace más resistentes a la tensión mecánica.
Bond y sus colegas utilizaron rayos X de alta energía para observar el interior de la batería sin desmontarla. El equipo descubrió que, tras dos años y medio de funcionamiento constante, el electrodo policristalino estaba lleno de pequeñas grietas. Esas grietas se forman cuando los iones de litio de la batería fuerzan a los átomos de los electrodos a separarse y limitan la cantidad de energía que puede almacenar la batería.
Por el contrario, el electrodo monocristal contenía pocas grietas, incluso después de cargarse y descargarse continuamente durante seis años.
Baterías para vehículos eléctricos de mayor duración
La batería con el electrodo monocristalino había pasado por más de 20.000 ciclos de carga y descarga y había conservado alrededor del 80% de su capacidad original en ese tiempo. Un vehículo eléctrico típico puede recorrer alrededor de 400 kilómetros con una carga, por lo que la batería con el electrodo monocristalino tiene una vida útil equivalente a conducir unos 8 millones de kilómetros. A modo de comparación, las baterías típicas de los vehículos eléctricos actuales deben reemplazarse después de unos 322.000 kilómetros.
«Realmente necesitamos que estos vehículos duren el mayor tiempo posible, porque cuanto más los conduzcas, mayor será la mejora en la huella de carbono», dijo Bond en el comunicado.
Las baterías con electrodos monocristalinos aún no se han incorporado a los vehículos eléctricos, aunque están disponibles comercialmente. Tesla ha patentado fórmulas similares con electrodos monocristalinos, y los miembros del equipo de Dalhousie figuran como coinventores.
Con estos avances, que permiten que las baterías duren más tiempo, algún día podrían durar más que otras partes de un vehículo eléctrico. Cuando eso suceda, las baterías podrían encontrar una segunda vida en sistemas de almacenamiento de energía a escala de red, escribieron los investigadores. Allí, las baterías podrían almacenar energía renovable, pero accesible de forma intermitente, como la energía solar o eólica.
«Creo que trabajos como este simplemente ayudan a subrayar cuán confiables son [las nuevas baterías], y deberían ayudar a las empresas que fabrican y usan estas baterías a planificar a largo plazo», dijo Bond.