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Un grupo de investigadores identifica las razones de la degradación del cátodo en las baterías de litio. Resultado, precios más asequibles y mejor rendimiento | forococheselectricos

Un grupo de investigadores identifica las razones de la degradación del cátodo en las baterías de litio. Resultado, precios más asequibles y mejor rendimiento


Un equipo de científicos del Laboratorio Nacional Brookhaven, el Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC, en colaboración con el Departamento de Energía de los Estados Unidos, han confirmado la identificación de las causas de la degradación en uno de los materiales que da forma al cátodo de las baterías de litio, así como la forma de solucionarlo.

Estos descubrimientos según los responsables del proyecto, permitirá el desarrollo de baterías para coches eléctricos cada vez más asequibles, y que además logren un mejor rendimiento tanto en capacidad como en vida útil.

Las baterías están compuestas por un ánodo, un cátodo y un electrolito, pero muchos científicos consideran que el cátodo es el mayor reto al que se enfrenta la industria, y el más urgente. Los investigadores están trabajando en lograr un sistema que logre triplicar la densidad energética de las actuales baterías de litio, y esperan lograrlo optimizando una clase de materiales del cátodo llamados materiales en capas ricas en níquel.

Según el equipo de desarrollo: «Los materiales en capas son muy atractivos porque son relativamente fáciles de sintetizar, pero también porque tienen una alta capacidad y densidad de energía»

El óxido de cobalto de litio es un material en capas que se ha utilizado como cátodo para baterías de litio durante muchos años. A pesar de su aplicación exitosa en sistemas de almacenamiento de energía en pequeños dispositivos, como la electrónica portátil, cuenta con una importante dependencia de materiales como el cobalto, extremadamente costosos y con un fuerte impacto medioambiental. Algo que está llevando a los grupos de investigación a buscar alternativas que no usen este mineral.

«Elegimos un material en capas rico en níquel porque el níquel es menos costoso y tóxico que el cobalto. Sin embargo, el problema es que los materiales en capas ricos en níquel comienzan a degradarse después de múltiples ciclos de carga y descarga. Nuestro objetivo es identificar la causa de esta degradación y ofrecer posibles soluciones«.

Los materiales catódicos pueden degradarse de varias maneras. Para los materiales ricos en níquel, el problema es principalmente la reducción de su capacidad provocada por los procesos de carga y descarga de la batería.

En los primeros resultados, los técnicos de este proyecto han podido comprobar que se trata de un material muy complejo. Sus propiedades pueden cambiar en diferentes escalas de longitud durante el ciclismo. Algo que les ha llevado a estudiar cómo cambiaba la estructura del material durante el proceso de carga y descarga, tanto físicamente, química, como en la escala atómica, lo que involucraba múltiples elementos: níquel, cobalto, manganeso, oxígeno y litio.

Los resultados de los experimentos llevaron a los investigadores a concluir que el material en capas rico en níquel tenía una estructura robusta que no liberaba oxígeno. En cambio, los investigadores identificaron que la tensión y el trastorno local se asociaban principalmente con el níquel.

La principal conclusión que ha extraído el equipo después de múltiples pruebas, ha sido que había considerables inhomogeneidades en los estados de oxidación de los átomos de níquel en toda la partícula. Algún níquel dentro de la partícula mantuvo un estado oxidado, y probablemente se desactivó, mientras que el níquel en la superficie se redujo irreversiblemente, disminuyendo su eficiencia.

Experimentos adicionales revelaron que también se formaron pequeñas grietas dentro de la estructura del material. Durante el proceso de carga y descarga de una batería, el material del cátodo se expande y se contrae, estresándose. Si esa tensión puede liberarse rápidamente, entonces no causa un problema, pero si no puede liberarse de manera eficiente, pueden producirse grietas.

Los científicos piensan que posiblemente se podría mitigar este problema sintetizando un nuevo material con una estructura hueca. Ellos probaron y confirmaron esa teoría experimentalmente, así como a través de cálculos. En el futuro, el equipo planea continuar desarrollando y caracterizando nuevos materiales para mejorar su eficiencia.

Fuente | Bnl.gov/newsroom

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30 comentarios en “Un grupo de investigadores identifica las razones de la degradación del cátodo en las baterías de litio. Resultado, precios más asequibles y mejor rendimiento”

  1. Que precios deberían tener los coches eléctricos?
    640 kwh 4352 CV 300.000€ 2500 kilos
    M3P 80 kwh 450 CV 57000€ 320 kilos
    64 kwh 435 CV 30.000€ 250 kilos batería
    30 kwh 210 CV 15.000€ 125 kilos batería
    15 kwh 100 CV 7.500€ 62 kilos batería
    La potencia está calculada con una descarga de 5C
    Serían el semi , ID 3 ,ID1 ,ID 0’5

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      • Es un gráfico que me he inventado y que nadie sabe hacer.
        Barra vertical :
        Precio, potencia , aceleración
        Barra horizontal :
        Almacenamiento batería en kwh
        Seguro que Carlos Noya que es un crakkk sabe hacer uno.

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        • Colocas los coches y sale una recta . La fórmula del coche eléctrico.
          Coche de 10,000€ 10kwh
          Coche de 20,000€ 20kwh
          Coche de 30,000€ 30kwh
          Coche de 40,000€ 40kwh
          Coche de 50,000€ 50kwh
          Coche de 60,000€ 60kwh
          Fácil , divertido y para toda la familia
          La descarga de la batería varía entre 2’5C y 4C. Que te da la potencia máx.

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          • Si el semi arrastrando 40 toneladas gasta 100kwh a los 100 km
            Un coche de 4 toneladas gastaría 10 kWh
            Todo me cuadra . El coche eléctrico ha venido para quedarse.
            Nadie lo quiere y nunca ha echo falta.(es lo que dicen)

          • Un coche de 20 mil euros de un fabricante proporciona un beneficio de 1400-1700 euros por cada venta.
            Con los EV no van a querer vender a «perdidas»

          • A ver, si aplicas bien las matematicas, si un coche de 2 toneladas puede consumir unos 20kw/h. por autopista, un Semi de 40 toneladas deberia consumir unos 400kw h, no 100.

          • Eso no son buenas cifras, por 40mil€ ahora no tienes 40kwh, tienes 64 en el Kona(y son menos de 40mil), eNiro y eSoul.
            En el Model 3standard tienes tambien por menos de 40mil 50kwh.

  2. vaya, no sabía que el ciclismo era el culpable de la degradación de las baterías…se lo voy a decir a mis amigos ciclistas. (modo broma encendido)

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  3. La verdad es que con tantos laboratorios peleando con las dichosas baterías, y con tanta pasta en juego, cabe esperar que alguno de con el santo grial de las baterías, pero, lo único que está claro hasta ahora es que es complicado de huevos.

    Los coches, con aumentar la densidad actual al doble ya estarían resueltos (si el precio y el resto de parámetros no se van a la porra, claro).

    Y respecto a los puestos de trabajo, pues depende; si fabricas batería y coche, seguramente los conservas, y si, además, el sangrado financiero que produce el petróleo lo conviertes en inversion en infraestructura (o en lo que te dé la gana), hasta creas empleo.

    Para aviación, el asunto es más fastidiado aún, con 500 wh/kg empezariamos a ver aviones pequeños, pero para grandes aviones habría que multiplicar una cuántas veces más.

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  4. Un avance importante.

    Pero añado una cosa importante, creo que todos los actores, deberían de trabajar en estos momentos de forma conjunta para poder avanzar. Eso significa cruce de trabajos y patentes. Que no niego que la patente la haya descubierto X pero que al menos se avance considerablemente en estas soluciones como los desarrollos pasarlo a la industria… pero claro esto es algo impensable en la actualidad porque no estamos pensando en un equipo y evolucionar conjuntamente ….

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    • Eso ocurrirá cuando deje de ser viable ganar dinero del combustible, empezarán entonces a competir por ser los mejores en la nueva tecnología aunque les aporte menos beneficio económico.

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  5. Creo que las baterías con el doble o triple de capacidad, con una degradación inferior al 5% en toda la vida últil del vehículo e inmune a las bajas o altas temperaturas estará al llegar dentro de unos 10 años como mucho, que será el punto de no retorno para el cambio a la movilidad eléctrica pues los eléctricos serán más fáciles y baratos de construir, darán mas beneficios a sus usuarios y las potencias de cargas elevadas mataran cualquier remanente del «range axiety» que aun quede, solo que da esperar y ver como les suena el «TIC TAC» a los térmicos.

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    • El punto de no retorno llegó hace tiempo, ahora simplemente la bola va rodando, no hace falta lo que pides porque la combustión tiene problemas enormes y no por ello hemos estado sin utilizarla un siglo.

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    • ¿Por qué no 3, o 20?

      10 años suena como cuando los políticos no quieren hacer algo: ponen una fecha más allá de la próximas elecciones y a la chingada.

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  6. Para 2025 un térmico será como un Nokia de botones a día de hoy, te serviría para llamar, pero olvídate de lo demás.

    Por precio los eléctricos y térmicos andarán a la par y creo que muy pocos comprarán un coche contaminante y con restricciones, más caro de mantener y costando lo mismo que el eléctrico.

    La Era del fósil se acaba, bienvenido el aire limpio y las ciudades sin ruidos.

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  7. Lo de las baterías que duren el triple y no se degraden y tal…nunca ocurrirá…más que nada por la avaricia del ser humano,a día de hoy podrían existir las bombillas que no se fundiesen,electrodomésticos que duraran 30 años etc…están ? No…al contrario cada vez duran menos,para que compres más…así de triste y avariciosa es la realidad…

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  8. Por lo que he leido hoy día 21 la empresa China CATL ya esta mandando celdas prismaticas prototipo para testeado con 304wh/kg. Esta en todos los medios chinos……Sin lugar a dudas es una gran notícia……No es que sea un avance espectacular pero para mi personalmente llegar a la barrera de los 300wh/kg después de tantísimos años esperandolo es todo un hito y un plus viniendo de China.

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  9. El optimista: qué bien, con tanto cerebro buscando una batería buena, bonita y barata, seguro que llega en poco tiempo.

    El pesimista: habiendo tanto cerebro y tanto dinero en juego, si nadie ha resuelto el problema aún, es que no hay forma de resolverlo. Estamos condenados a tener baterías pesadas y caras para siempre.

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  10. Que mania con que el consumo va con el peso…

    Que no!, que lo que mas importa es la superficie frontal y la velocidad!!!

    Que mania con la densidad energetica…

    Que no!, que lo que importa es el precio y los ciclos de vida!!

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  11. Me parece muy bien que todos tengamos coches eléctricos, pero nadie piensa qué pasaría con las pensiones y otros servicios publicos. Si por cada euro de gasolina 0,60 van para impuestos , cómo cuadramos los presupuestos del estado.

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