Cada vez que recargamos una batería de iones de litio, su capacidad se ve mermada de forma imperceptible. Con el tiempo, acaba perdiendo una parte importante de su capacidad. Este fenómeno está ampliamente documentado, pero nunca se había podido observar el proceso físico concreto, a escala nanométrica, que deteriora los electrodos. Un grupo de científicos del Departamento de Energía de EE.UU. acaba de lograrlo.

Es descubrimiento, publicado en la revista Nature Communications, es importante porque, ahora que ya conocemos la mecánica exacta del proceso de deterioro, se podría detener de forma más sencilla en el futuro.

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A medida que una bater√≠a se descarga como parte de su funcionamiento normal, los iones de litio transportan la carga el√©ctrica entre los electrodos a trav√©s de un medio fluido no acuoso denominado electrolito. Cada vez que esos iones se mueven de un lado a otro, provocan peque√Īas roturas en las estructuras de los electrodos. Esto, a la larga, es lo que deteriora la bater√≠a. Lo que el equipo de investigadores ha descubierto es el funcionamiento exacto de ese proceso. El especialista en materiales Huolin Xin lo explica as√≠:

Hemos podido observar patrones de cambio y degradación muy sorprendentes en dos de los materiales clave de las baterías. Al contrario de lo que indicaba la observación a gran escala, los iones de litio no erosionan los materiales de una manera uniforme, sino que inciden en determinadas zonas creando vulnerabilidades en la estructura atómica de una manera similar a como se extiende la oxidación en materiales metálicos. A medida que los iones de litio se mueven por el óxido de níquel del ánodo, provocan cortes en las partes más débiles de la estructura lo que, a la larga, disminuye su capacidad.

Consideremos, por ejemplo, los copos de nieve, que necesitan de una peque√Īa part√≠cula de polvo en el aire para comenzar a formarse. Sin esta peque√Īa irregularidad, los cristales de hielo no pueden tomar forma. De la misma manera, el √≥xido de n√≠quel solo comienza a convertirse en n√≠quel met√°lico en diminutas irregularidades del electrodo a escala nanom√©trica.

De igual manera, hemos podido observar, a través del microscopio electrónico, que cuando los iones se mueven en el cátodo al cargarse, generan un tipo de estructuras cristalinas que cubren progresivamente los electrodos y también disminuyen su capacidad. Este fenómeno es más pronunciado cuanto mayor es el voltaje.

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La soluci√≥n que proponen los cient√≠ficos a ambos fen√≥menos pasa, una vez m√°s, por la nanotecnolog√≠a. La idea es lograr recubrir los electrodos de una capa a escala at√≥mica que, por un lado, homogenicen la superficie y evite que los iones ara√Īen los puntos d√©biles de la estructura y, por otro, evite la acumulaci√≥n de cristales.

Al mismo tiempo, la cobertura debe ser capaz de permitir que los materiales de la bater√≠a lleven a cabo su funci√≥n, tarea nada sencilla. A√ļn habr√° que esperar unos a√Īos para encontrar bater√≠as que no se degraden, un aspecto, adem√°s, que no es muy deseable a nivel comercial para la industria de las bater√≠as ni para la de electr√≥nica de consumo. [Brookhaven v√≠a R&D Mag]

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