
Cada vez que recargamos una baterĂa de iones de litio, su capacidad se ve mermada de forma imperceptible. Con el tiempo, acaba perdiendo una parte importante de su capacidad. Este fenĂłmeno estĂĄ ampliamente documentado, pero nunca se habĂa podido observar el proceso fĂsico concreto, a escala nanomĂ©trica, que deteriora los electrodos. Un grupo de cientĂficos del Departamento de EnergĂa de EE.UU. acaba de lograrlo.
Es descubrimiento, publicado en la revista Nature Communications, es importante porque, ahora que ya conocemos la mecĂĄnica exacta del proceso de deterioro, se podrĂa detener de forma mĂĄs sencilla en el futuro.
A medida que una baterĂa se descarga como parte de su funcionamiento normal, los iones de litio transportan la carga elĂ©ctrica entre los electrodos a travĂ©s de un medio fluido no acuoso denominado electrolito. Cada vez que esos iones se mueven de un lado a otro, provocan pequeñas roturas en las estructuras de los electrodos. Esto, a la larga, es lo que deteriora la baterĂa. Lo que el equipo de investigadores ha descubierto es el funcionamiento exacto de ese proceso. El especialista en materiales Huolin Xin lo explica asĂ:
Hemos podido observar patrones de cambio y degradaciĂłn muy sorprendentes en dos de los materiales clave de las baterĂas. Al contrario de lo que indicaba la observaciĂłn 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 atĂłmica de una manera similar a como se extiende la oxidaciĂłn en materiales metĂĄlicos. A medida que los iones de litio se mueven por el Ăłxido de nĂquel del ĂĄnodo, provocan cortes en las partes mĂĄs dĂ©biles de la estructura lo que, a la larga, disminuye su capacidad.
Consideremos, por ejemplo, los copos de nieve, que necesitan de una pequeña partĂcula de polvo en el aire para comenzar a formarse. Sin esta pequeña irregularidad, los cristales de hielo no pueden tomar forma. De la misma manera, el Ăłxido de nĂquel solo comienza a convertirse en nĂquel metĂĄlico en diminutas irregularidades del electrodo a escala nanomĂ©trica.
De igual manera, hemos podido observar, a través del microscopio electrónico, que cuando los iones se mueven en el cåtodo al cargarse, generan un tipo de estructuras cristalinas que cubren progresivamente los electrodos y también disminuyen su capacidad. Este fenómeno es mås pronunciado cuanto mayor es el voltaje.
La soluciĂłn que proponen los cientĂficos a ambos fenĂłmenos pasa, una vez mĂĄs, por la nanotecnologĂa. La idea es lograr recubrir los electrodos de una capa a escala atĂłmica que, por un lado, homogenicen la superficie y evite que los iones arañen los puntos dĂ©biles de la estructura y, por otro, evite la acumulaciĂłn de cristales.
Al mismo tiempo, la cobertura debe ser capaz de permitir que los materiales de la baterĂa lleven a cabo su funciĂłn, tarea nada sencilla. AĂșn habrĂĄ que esperar unos años para encontrar baterĂas que no se degraden, un aspecto, ademĂĄs, que no es muy deseable a nivel comercial para la industria de las baterĂas ni para la de electrĂłnica de consumo. [Brookhaven vĂa R&D Mag]
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