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Científicos de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Pohang, en Corea del Sur, han descubierto una Mecanismo de degradación de las baterías de iones de litio en el proceso de utilizarlos.
El equipo de investigación, formado por Seungyun Jeong y el Dr. Gookhyun Lim, dirigido por el profesor Jihyun Hong, del Departamento de Ingeniería de Baterías de POSTECH, junto con un equipo de científicos dirigido por el profesor Jongsun Kim, de la Universidad de Sungkyunkwan, descubrió que baterías de iones de litio utilizadas en vehículos eléctricos. Las baterías más utilizadas son cátodos ternarios de níquel-manganeso-cobalto con un alto contenido de níquel y un mínimo del más caro cobalto. Esto reduce el coste de fabricación de estas baterías, pero el alto contenido de níquel reduce la vida útil total de la batería.
Disminución del rendimiento de las baterías de iones de litio se asocia tradicionalmente a un número excesivo de ciclos de carga. Sin embargo, los investigadores han descubierto un ciclo de degradación desconocido hasta ahora que se produce incluso en condiciones de tensión estable.
Los investigadores descubrieron que uso de la batería sin recargar durante mucho tiempo provoca una reacción de cuasiconversión en la superficie del cátodo. Como parte de esta reacción, el oxígeno se desprende de la superficie del cátodo y reacciona con el litio para formar óxido de litio, especialmente cuando el nivel de carga baja se aproxima a 3,0 V. A continuación, el óxido de litio reacciona con el electrolito, provocando su descomposición y la producción de subproductos gaseosos, lo que contribuye a la pérdida de eficiencia energética de la batería.
Sin embargo, estas reacciones tienen consecuencias más graves en cátodos con alto contenido en níquel. Los investigadores descubrieron que los procesos de degradación, incluido el hinchamiento, son más pronunciados en las baterías que se utilizan hasta que se descargan por completo.
Mientras tanto, los investigadores ofrecen una solución sencilla pero eficaz — optimizar el uso de la batería y evitar su descarga completa. Los experimentos han demostrado que las baterías muy descargadas con un alto contenido en níquel (más del 90%), lo que provoca el inicio de la reacción de cuasiconversión, conservaban sólo el 3,8% de su capacidad tras 250 ciclos. Al mismo tiempo, las baterías con un uso controlado conservaban el 73,4% de su capacidad incluso después de 300 ciclos.
Los resultados del estudio se publican en la revista Advanced Energy Materials
Fuente: TechXplore