Los investigadores del Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC y la Universidad de Stanford pueden haber encontrado una manera de revitalizar las baterías de litio recargables, aumentando potencialmente la autonomía de los vehículos eléctricos y la duración de la batería en los dispositivos electrónicos de última generación.
En un estudio publicado en la revista Nature, los investigadores explican que pudieron manipular las islas de litio inactivo que se forma durante ciclos repetidos de carga y descarga. Aunque estas islas están separadas de los electrodos, pudieron hacer que se arrastraran como un gusano hacia uno de los electrodos hasta que se reconectaran, revirtiendo parcialmente el proceso que reduce la capacidad de las baterías para almacenar carga.
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Agregar este paso adicional redujo la degradación de su batería de prueba y aumentó su vida útil en casi 30%.
«Ahora estamos explorando la recuperación potencial de la capacidad perdida en las baterías de iones de litio mediante un paso de descarga extremadamente rápido», dijo el autor principal Fang Liu en un comunicado de prensa.
Según Liu, el mecanismo de recuperación recién descubierto podría incluso emplearse en baterías de metal de litio porque, al igual que sus contrapartes de iones de litio, estos dispositivos también usan iones de litio con carga positiva. que va y viene entre los electrodos. Esto significa que, con el tiempo, parte del litio metálico se vuelve electroquímicamente inactivo y forma islas que ya no se conectan con los electrodos.
El colega de Liu e investigador principal, Yi Cui, dijo que la idea del estudio nació cuando especuló que aplicar un voltaje al cátodo y al ánodo de una batería podría hacer que una isla aislada de litio se moviera físicamente entre los electrodos, un proceso que su equipo ahora ha confirmado con sus experimentos.
Los científicos fabricaron una celda óptica con un cátodo de litio-níquel-manganeso-cobalto-óxido (NMC), un ánodo de litio y un aislado isla de litio en el medio. Este dispositivo de prueba les permitió rastrear en tiempo real lo que sucede dentro de una batería cuando está en uso.
Descubrieron que la isla de litio aislada no estaba realmente «muerta», sino que respondía a las operaciones de la batería. Al cargar la celda, la isla se movía lentamente hacia el cátodo; al descargar, se deslizó en la dirección opuesta.
“Es como un gusano muy lento que mueve 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 restablecerá la conexión eléctrica.”
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 modificando el protocolo de carga.
“Descubrimos que podemos mover el litio desprendido hacia el ánodo durante la descarga, y estos movimientos son más rápidos bajo corrientes más altas”, dijo Liu. “Así que agregamos un paso de descarga rápido y de alta corriente justo después de que se carga la batería, lo que movió el litio aislado lo suficiente como para volver a conectarlo con el ánodo. Esto reactiva el litio para que pueda participar en la vida de la batería.”
Para Liu, además de extender la vida útil de las baterías existentes, estos hallazgos tienen amplias implicaciones para el diseño y desarrollo de baterías de metal de litio más robustas .
