Del af\u00e1n s\u00f3lo queda el cansancio, como dice el refr\u00e1n. Tal m\u00e1xima puede ser especialmente cierta para las bater\u00edas, gracias a un nuevo estudio que busca identificar las razones que causan que el rendimiento de las bater\u00edas de iones de litio cargadas r\u00e1pidamente se degrade en los veh\u00edculos el\u00e9ctricos.<\/p>\n\n\n\n
En una nueva investigaci\u00f3n del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energ\u00eda de EE. UU. (DOE), los cient\u00edficos han encontrado un comportamiento qu\u00edmico interesante de uno de los dos terminales de la bater\u00eda cuando la bater\u00eda se carga y descarga. Las bater\u00edas de iones de litio contienen un c\u00e1todo con carga positiva y un \u00e1nodo con carga negativa, que est\u00e1n separados por un material llamado electrolito que mueve los iones de litio entre ellos. El \u00e1nodo de estas bater\u00edas generalmente est\u00e1 hecho de grafito, el mismo material que se encuentra en muchos l\u00e1pices. En las bater\u00edas de iones de litio, sin embargo, el grafito se ensambla a partir de peque\u00f1as part\u00edculas. Dentro de estas part\u00edculas, los iones de litio pueden insertarse en un proceso llamado intercalaci\u00f3n. Cuando la intercalaci\u00f3n ocurre correctamente, la bater\u00eda se puede cargar y descargar correctamente.<\/p>\n\n\n\n
Sin embargo, cuando una bater\u00eda se carga demasiado r\u00e1pido, la intercalaci\u00f3n se convierte en un asunto m\u00e1s complicado. En lugar de penetrar suavemente en el grafito, los iones de litio tienden a agregarse en la parte superior de la superficie del \u00e1nodo, lo que resulta en un efecto de “recubrimiento” que puede causar da\u00f1os en los terminales (sin juego de palabras) en una bater\u00eda.<\/p>\n\n\n\n
“El enchapado es una de las principales causas del deterioro del rendimiento de la bater\u00eda durante la carga r\u00e1pida”, dijo el cient\u00edfico de bater\u00edas de Argonne Daniel Abraham, autor del estudio. “A medida que cargamos la bater\u00eda r\u00e1pidamente, descubrimos que, adem\u00e1s del revestimiento en la superficie del \u00e1nodo, hab\u00eda una acumulaci\u00f3n de productos de reacci\u00f3n dentro de los poros del electrodo”. Como resultado, el \u00e1nodo mismo sufre cierto grado de expansi\u00f3n irreversible, lo que afecta el rendimiento de la bater\u00eda.<\/p>\n\n\n\n
Usando una t\u00e9cnica llamada nanodifracci\u00f3n de electrones de barrido, Abraham y sus colegas de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign observaron otro cambio notable en las part\u00edculas de grafito. A nivel at\u00f3mico, la red de \u00e1tomos de grafito en los bordes de las part\u00edculas se distorsiona debido a la carga r\u00e1pida repetida, lo que dificulta el proceso de intercalaci\u00f3n. “B\u00e1sicamente, lo que vemos es que la red at\u00f3mica en el grafito se deforma, y \u200b\u200besto evita que los iones de litio encuentren su ‘hogar’ dentro de las part\u00edculas; en cambio, se colocan sobre las part\u00edculas”, dijo.<\/p>\n\n\n\n
“Cuanto m\u00e1s r\u00e1pido carguemos nuestra bater\u00eda, m\u00e1s desordenado at\u00f3micamente se volver\u00e1 el \u00e1nodo, lo que finalmente evitar\u00e1 que los iones de litio puedan moverse hacia adelante y hacia atr\u00e1s”, dijo Abraham. “La clave es encontrar formas de prevenir esta p\u00e9rdida de organizaci\u00f3n o modificar de alguna manera las part\u00edculas de grafito para que los iones de litio puedan intercalarse de manera m\u00e1s eficiente”.<\/p>\n\n\n\n
Un art\u00edculo basado en el estudio, “Mayor desorden en los bordes de las part\u00edculas de grafito revelado por la caracterizaci\u00f3n a escala de m\u00faltiples longitudes de los \u00e1nodos de las celdas de iones de litio de carga r\u00e1pida”, apareci\u00f3 en la edici\u00f3n del 8 de octubre de la revista Journal of the Electrochemical Society.<\/p>\n\n\n\n