Los investigadores han identificado un nuevo mecanismo de degradación potencial para las baterías de los vehículos eléctricos, un paso clave para diseñar métodos efectivos para mejorar la vida útil de las baterías.

Los investigadores, de las Universidades de Cambridge y Liverpool, y la fuente de luz de diamante, han identificado una de las razones por las que los materiales de las baterías "ricas en níquel" de última generación se fatigan, y ya no se puede cargar por completo después de un uso prolongado.

Sus resultados, reportado en la revista Materiales de la naturaleza , abrir la puerta al desarrollo de nuevas estrategias para mejorar la vida útil de las baterías.

Como parte de los esfuerzos para combatir el cambio climático, muchos países han anunciado planes ambiciosos para reemplazar los vehículos de gasolina o diésel por vehículos eléctricos (EV) para 2050 o antes.

Es probable que las baterías de iones de litio utilizadas por los vehículos eléctricos dominen el mercado de vehículos eléctricos en el futuro previsible, y los óxidos de metales de transición de litio ricos en níquel son la opción más avanzada para el electrodo positivo, o cátodo, en estas baterías.

En la actualidad, la mayoría de las baterías de vehículos eléctricos contienen cantidades significativas de cobalto en sus materiales de cátodo. Sin embargo, el cobalto puede causar graves daños al medio ambiente, por lo que los investigadores han estado buscando reemplazarlo con níquel, que también ofrece mayores capacidades prácticas que el cobalto. Sin embargo, Los materiales ricos en níquel se degradan mucho más rápido que la tecnología existente y requieren estudios adicionales para ser comercialmente viables para aplicaciones como los vehículos eléctricos.

"A diferencia de la electrónica consumible que normalmente tiene una vida útil de unos pocos años, Se espera que los vehículos duren mucho más y, por lo tanto, es esencial aumentar la vida útil de una batería EV. "dijo el Dr. Chao Xu del Departamento de Química de Cambridge, y el primer autor del artículo. "Es por eso que un Una comprensión profunda de cómo funcionan y por qué fallan durante mucho tiempo es crucial para mejorar su desempeño ".

Para monitorear los cambios de los materiales de la batería en tiempo real durante varios meses de prueba de la batería, los investigadores utilizaron tecnología láser para diseñar una nueva celda de moneda, también conocido como pila de botón. "Este diseño ofrece una nueva posibilidad de estudiar los mecanismos de degradación durante un largo período de ciclos para muchas químicas de la batería, ", dijo Xu. Durante el estudio, Los investigadores encontraron que una proporción del material del cátodo se fatiga después de la carga y descarga repetidas de la celda. y la cantidad de material fatigado aumenta a medida que continúa el ciclo.

Xu y sus colegas se sumergieron profundamente en la estructura del material a escala atómica para buscar respuestas sobre por qué ocurre tal proceso de fatiga. "Para funcionar plenamente, los materiales de la batería deben expandirse y contraerse a medida que los iones de litio entran y salen, "dijo Xu." Sin embargo, después de un uso prolongado, descubrimos que los átomos de la superficie del material se habían reorganizado para formar nuevas estructuras que ya no pueden almacenar energía ".

Lo peor es que estas áreas de superficie reconstruida aparentemente actúan como estacas que sujetan el resto del material en su lugar y evitan que se contraiga para alcanzar el estado de carga completa. Como resultado, el litio permanece atascado en la celosía y este material fatigado puede contener menos carga.

Con este conocimiento, los investigadores ahora buscan contramedidas efectivas, como revestimientos protectores y aditivos electrolíticos funcionales, para mitigar este proceso de degradación y extender la vida útil de dichas baterías.