Las baterías de iones de litio son un poco famosas por su bajo rendimiento en climas fríos, y eso tiene consecuencias para algunas de sus aplicaciones más importantes, desde encender un automóvil eléctrico en el invierno de Wisconsin hasta volar un dron en Marte.

Ahora, los investigadores del Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC del Departamento de Energía han identificado un aspecto pasado por alto del problema:almacenar baterías de iones de litio a temperaturas bajo cero puede romper algunas partes de la batería y separarlas de los materiales circundantes, lo que reduce su capacidad de almacenamiento eléctrico. .

El científico de SLAC Yijin Liu y el becario postdoctoral Jizhou Li hicieron el descubrimiento mientras observaban el rendimiento en climas fríos del cátodo, la parte de la batería en la que fluyen los electrones cuando está en uso. Los estudios iniciales encontraron que el almacenamiento de cátodos a temperaturas por debajo de los cero grados centígrados hacía que las baterías perdieran hasta un 5 % más de su capacidad después de 100 cargas que las baterías almacenadas a temperaturas más cálidas.

Para comprender por qué, los investigadores recurrieron a una combinación de métodos de análisis de rayos X en la fuente de luz de radiación de sincrotrón de Stanford de SLAC y técnicas de aprendizaje automático en las que Li ha estado trabajando durante los últimos años. La combinación les permite identificar partículas de cátodo individuales, lo que significa que el equipo podría estudiar miles de partículas a la vez, en comparación con solo un puñado que podrían identificar solo con sus ojos.

Juntos, esos métodos revelaron que las bajas temperaturas estaban encogiendo las partículas parecidas a albóndigas dentro del cátodo y en el proceso las rompían, o empeoraban aún más las grietas existentes, dijo Liu. Y, dado que los materiales difieren en la forma en que se expanden y contraen en respuesta a los cambios de temperatura, el frío extremo también estaba separando los cátodos de los materiales circundantes.

Los resultados apuntan a algunas soluciones posibles, dijo Liu. Al buscar materiales de batería que coincidan mejor en términos de su respuesta a la temperatura, los científicos podrían abordar el problema del desprendimiento. Si lo hace, también podría ayudar a mejorar otras baterías, ya que todas las baterías se expanden y contraen a medida que se calientan y se enfrían. Y al diseñar diferentes estructuras de partículas dentro de una batería, en particular, construyéndolas a partir de partículas más suaves y menos parecidas a albóndigas, los investigadores podrían ayudar a prevenir el agrietamiento y mejorar la capacidad de la batería de iones de litio a largo plazo.