En un artículo publicado en la revista Joule, un equipo de investigadores de la Universidad McGill y de la Universidad de Quebec en Montreal (UQAM) anuncia el desarrollo de un método innovador que permite observar en tiempo real los procesos físicos que ocurren en las partes líquida y sólida de las celdas que componen la batería de iones de litio, comúnmente conocida como "batería Li-ion".
Al proporcionarnos una mejor comprensión de los factores que afectan la velocidad de carga y descarga de las baterías Li-ion, este descubrimiento podría acelerar la recarga de dispositivos electrónicos y vehículos de uso común e incluso indispensables: computadoras portátiles, teléfonos móviles, así como bicicletas, scooters y coches eléctricos.
Dirigido por Janine Mauzeroll y Steen B. Schougaard, ambos profesores de química en la Universidad McGill y en la UQAM, respectivamente, el equipo de investigación colaboró con una instalación de radiación sincrotrón, la European Synchrotron Radiation Facility (ESRF). Mediante el uso de rayos X muy intensos, el equipo pudo observar, en tiempo real, los cambios en la concentración de litio que ocurren en las células de una batería Li-ion durante la carga o descarga.
"Durante el proceso de carga o descarga de la batería, el litio se mueve dentro de la celda, tanto en un electrolito líquido como en un material activo sólido, y la rapidez de este movimiento generalmente depende de la velocidad con la que puede pasar de un lado a otro de la celda atravesando estas dos fases", explica Jeremy Dawkins, quien trabajó en este proyecto como doctorando en los laboratorios de los profesores Schougaard y Mauzeroll. "Somos los primeros en describir un método que permite seguir el movimiento del litio en las fases líquida y sólida de una batería Li-ion en funcionamiento y, al mismo tiempo, de cuantificar el rendimiento de una celda a nivel molecular."
Este avance podría tener repercusiones en la investigación altamente especializada en el campo de las baterías, pero también en la vida cotidiana de las personas comunes, es decir, los usuarios de dispositivos electrónicos y vehículos eléctricos. "Lo interesante de estos trabajos es que proporcionan a los equipos de investigación una herramienta innovadora para estudiar el rendimiento de las baterías Li-ion, lo que abre muchas posibilidades que antes no eran concebibles", continúa Jeremy Dawkins. "Esperamos que esto acelere las investigaciones sobre las baterías, por ejemplo, mediante una mejora mucho más rápida de la arquitectura de los electrodos. El rendimiento de las baterías que usamos a diario podría mejorar significativamente."
El equipo de investigación celebra haber podido llevar a cabo su estudio a pesar de la COVID-19. De hecho, los investigadores de la Universidad McGill y de la UQAM estaban en Montreal, pero el ESRF, donde se realizaron los cálculos, se encuentra en Grenoble, Francia. Sin embargo, en 2020, cuando las administraciones públicas restringieron los viajes debido a la pandemia, el futuro del estudio se volvió incierto. "La Facultad de Ciencias de McGill y la de la UQAM concedieron exenciones que permitieron a miembros del equipo viajar para que las evaluaciones pudieran realizarse", recuerda la profesora Mauzeroll. "Nuestros colaboradores del ESRF, en Francia, hicieron lo imposible para evaluar nuestras muestras en plena pandemia", añade Jeremy Dawkins. "Con voluntad y un poco de suerte, conseguimos realizar las evaluaciones que necesitábamos en el escaso tiempo que teníamos."
El estudio Mapping the total lithium inventory of Li-ion batteries por Jeremy Dawkins, Janine Mauzeroll, et al, fue publicado en Joule.