Un problema técnico persistente es que cada vez que se instala una nueva batería de iones de litio en un dispositivo, se pierde hasta una quinta parte de su capacidad de energía antes de que el dispositivo pueda recargarse por primera vez. Las investigaciones han demostrado además que no es cuestión del dispositivo ya que tal circunstancia ocurre tanto en un coche eléctrico, un ordenador portátil, una cámara, o un reloj de pulsera.
Las baterías de litio tienen cátodos hechos de capas alternas de óxidos ricos en litio y níquel siendo este último relativamente económico y ayudando a proporcionar una mayor densidad de energía y una mayor capacidad de almacenamiento a un costo menor que otros metales.
Pero el níquel en el cátodo es relativamente inestable y por lo tanto reacciona fácilmente con otros elementos, dejando la superficie del cátodo cubierta de impurezas no deseadas que reducen la capacidad de almacenamiento de la batería en un 10-18% durante el primer ciclo de carga-descarga.
Este inconveniente ha persistido durante 40 años y ahora podría quedar solucionado gracias a las investigaciones de M. Stanley Whittingham que a finales de la década de los 70 fue el primero en describir el concepto de baterías recargables de litio, un logro por el que compartiría el Premio Nobel de Química de 2019.
Reunión de talento en busca de una solución
Para encontrar una manera de retener la capacidad perdida, Whittingham ha dirigido un grupo de investigadores que usó rayos X y neutrones para probar si el tratamiento de un material de cátodo líder (un material en capas de níquel-manganeso-cobalto llamado NMC 811) con un óxido de niobio sin litio, que conduciría al diseño de una batería de mayor duración.
Los resultados del experimento mostraron una reducción en la pérdida de capacidad del primer ciclo y una retención de capacidad a largo plazo mejorada de más del 93% en 250 ciclos de carga y descarga.
“Las mejoras observadas en el rendimiento electroquímico y la estabilidad estructural hacen que el NMC 811 modificado con niobio sea un candidato como material de cátodo para su uso en aplicaciones de mayor densidad de energía, como los coches eléctricos”, dijo Whittingham.
La investigación fue apoyada por la Oficina de Eficiencia Energética y Energías Renovables del DOE, la Oficina de Tecnologías de Vehículos, y utilizó recursos en la Fuente de Luz Nacional Sincrotrón II de BNL (NSLS-II) y en el ORNL.
Fuente | El Periódico de la Energía, Advanced batteries research
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