La química de las baterías de los coches eléctricos es compleja, entrando en juego muchos factores que hay que equilibrar para conseguir pilas que ofrezcan tanto rendimiento como durabilidad. Las baterías de metal de litio (LMB) son vistas por muchos como el siguiente avance importante en esta industria, pero tienen un problema importante relacionado con el equilibrio entre ambos factores.
Ahora CATL, el mayor fabricante de baterías del mundo, ha anunciado una novedad, que ha publicado en Nature Nanotechnology, para solventarlo y que se basa en el mapeo cuantitativo de las mismas.
El problema de las baterías LMB
Según CATL, este avance permite “desarrollar LMB con alta densidad energética y una vida útil prolongada, solucionando un desafío de larga data en este campo. El prototipo optimizado ha alcanzado una vida útil de 483 ciclos y puede incorporarse en diseños de vanguardia para lograr una densidad energética superior a 500 Wh/kg”.
Las LMB destacan por su gran densidad energética, algo que hace que sean consideradas como el sistema de baterías de próxima generación en aplicaciones como los vehículos eléctricos. Sin embargo, el problema con ellas es que es difícil encontrar un punto de equilibrio entre dicha densidad y su vida útil.
Para mejorar lo primero, algo que se ha intentado “mediante la optimización de las estructuras de solvatación y las interfases sólido-electrolito”, la contraparte es que se compromete su vida útil, lo que hace que no sean comercialmente viables. Es precisamente ese problema el que ataja la solución creada por CATL.
Es algo un poco técnico, que la compañía explica de la siguiente manera “se desarrolló y perfeccionó un conjunto de técnicas analíticas para rastrear la evolución del litio activo y de cada componente del electrolito a lo largo del ciclo de vida de la batería. Este enfoque transformó una ‘caja negra’ en una ‘caja blanca’, revelando las vías críticas de agotamiento que provocan el fallo de la celda”.
Lo que se descubrió es que, en contra de lo que se creía, las causas del fallo de la celda no son las que se barajaban (degradación del disolvente, acumulación de litio muerto o la alteración del entorno de solvatación), si no que se debe al consumo continuo de la sal electrolítica LiFSI, que llega al 71% al final de su vida útil. De esta manera, la conclusión es que hay que poner el foco en la durabilidad del electrolito como un factor crítico para un rendimiento continuado de la batería.
Más densidad energética y un ciclo de vida mayor
Pero CATL no solo identificó el problema, también ha dado con la solución. Lo que ha hecho la marca ha sido optimizar la formulación del electrolito introduciendo un diluyente de menor peso molecular. Así, sin aumentar la masa del electrolito, se ha conseguido que reduzca su viscosidad y mejore su conductividad, logrando duplicar su vida útil hasta los 483 ciclos, así como siendo compatible con una densidad energética superior a 500 Wh/kg.
Por ponerlo en perspectiva, dentro de la industria se están investigando otras vías, siendo la principal la de las baterías en estado sólido. Un ejemplo reciente es el de las baterías desarrolladas por Stellantis y Factorial, que han presentado un modelo con una densidad energética de 375 Wh/kg, así que este nuevo formato lo superaría en un 33%.
Ouyang Chuying, copresidente de Investigación y Desarrollo de CATL y subdirector ejecutivo del Laboratorio 21C, explica: “Vimos una valiosa oportunidad para conectar la investigación académica con su aplicación práctica en celdas de batería comerciales. Nuestros hallazgos subrayan que el consumo de sal de LiFSI y, sobre todo, la concentración total de sal, son un factor determinante de la longevidad de la batería”.
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