La forma inesperada de alargar un 50 % la vida de la batería de tu celular
Científicos del Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC del Departamento de Energía de EE. UU. han encontrado una forma de mejorar significativamente el rendimiento de las baterías de iones de litio, que se utilizan en una amplia variedad de dispositivos, desde móviles hasta vehículos eléctricos. Este avance podría modificar el modo de producción y utilización de las baterías al mejorar su eficiencia y durabilidad, lo que tendría un impacto significativo en nuestra vida cotidiana y en la propia industria.
Las baterías de iones de litio han sido una clave en la revolución tecnológica de la última década. Sin embargo, una de las principales limitantes es que con cada carga disminuye su capacidad, reduciendo su eficiencia y vida útil. Como práctica, su primera carga, también conocida como «formación» («formación»), es un paso esencial. Tradicionalmente constituye un procedimiento lento y delicado que define el futuro rendimiento de la batería. Puede ser de hasta 10 horas el tiempo de formación de capas protectoras internas que estabilizarán la batería.
Sin embargo, el equipo de investigación del SLAC (dirigido por el profesor Will Chueh) ha descubierto que al aplicar una alta corriente durante la primera carga, el proceso de formación se puede acelerar drásticamente. Los científicos han encontrado una manera de hacer lo mismo en 20 minutos en lugar de 10 horas. Este proceso disminuiría radicalmente el tiempo de fabricación, y la batería durará un 50% más. Dicho de otro, en un futuro previsible se promete una larga duración y carga rápida de las baterías.
En general, el proceso de formación supone formar una capa sólida-electrolítica en el ánodo de la batería. Esta capa es necesaria para la estabilidad y seguridad de la batería. La estrategia convencional siempre ha sido que el proceso de formación debe hacerse lentamente para evitar cualquier tipo de defecto que pueda reducir la durabilidad de la batería. Sin embargo, de acuerdo con los investigadores, a una alta corriente, la carga inicial rápida provoca una formación relativamente homogénea de esta capa, lo que eventualmente aumenta la durabilidad de la batería.
Para comprender el comportamiento de una batería durante su primer ciclo de uso, el equipo de Chueh diseñó celdas de bolsa donde los electrodos están rodeados por una solución de electrolito que permite el movimiento libre de iones de litio. Durante la carga, los iones se almacenan en el electrodo negativo y, al descargarse, regresan al electrodo positivo, generando así un flujo de electrones que proporciona energía a diversos dispositivos, desde coches eléctricos hasta redes eléctricas. Sin embargo, cada ciclo de carga y descarga provoca una pérdida gradual de litio, lo que afecta la vida útil de la batería.
Curiosamente, durante la primera carga («formación») una pérdida deliberada de litio se convierte en una inversión a largo plazo. Esta pérdida inicial de litio crea una capa protectora llamada interfase de electrolito sólido (SEI) en el electrodo negativo. Aunque se pierde una cantidad significativa de litio en este proceso, el SEI protege el electrodo de futuras reacciones secundarias que acelerarían la degradación de la batería. Por ello, asegurar la correcta formación de la SEI es esencial para maximizar la eficiencia y durabilidad de la batería.
Necesidades de futuro
Más allá de los dispositivos electrónicos como nuestros móviles, el impacto potencial de este estudio en los vehículos eléctricos es aún mayor. Los vehículos eléctricos dependen en gran medida de la capacidad y durabilidad de sus baterías. Una mejora del 50% en la vida útil de la batería podría significar una mayor autonomía y menos necesidad de reemplazo de baterías, lo que reduciría significativamente los costos para los consumidores y haría que los vehículos eléctricos sean una opción aún más atractiva.
La optimización de la vida útil de las baterías de iones de litio también tiene un impacto positivo en el medio ambiente. Al prolongar la vida útil de una batería se optimiza la frecuencia con la que estas deben ser reemplazadas, lo que disminuye la cantidad de baterías desechadas y, por lo tanto, reduce la presión sobre los sistemas de reciclaje. Sin embargo, el reciclaje de baterías de iones de litio sigue siendo un problema importante debido a la complejidad de los materiales involucrados y la dificultad para recuperar litio y otros componentes de manera eficiente.
En esta línea, el Instituto Tecnológico del Plástico (AIMPLAS), coordina un proyecto que busca reutilizar y reciclar baterías de ion litio para recuperar los metales valiosos que contienen, como el litio, cobalto y níquel. El proyecto tiene como objetivo desarrollar tecnologías que permitan la recuperación eficiente de estos materiales (Química y Sociedad), contribuyendo a la sostenibilidad y la economía circular en la industria de baterías. Además, el proyecto promueve la reducción de residuos peligrosos y el impacto ambiental asociado con la disposición de baterías usadas.
No obstante, a pesar de los evidentes beneficios de la optimización de la carga de las baterías, la implementación de esta técnica a gran escala requiere más investigación e inversión. Es necesario entender completamente cómo afecta este proceso a diferentes tipos de baterías de iones de litio y si hay alguna variabilidad en los resultados dependiendo de los materiales específicos utilizados en las baterías. Además, los investigadores están analizando cómo este enfoque podría adaptarse a otras tecnologías de baterías emergentes.
