El papel desconocido de la descarga en el desgaste de las baterÃas 🔋
Los cientÃficos de la Universidad POSTECH y la Universidad Sungkyunkwan han arrojado luz sobre un fenómeno llamado 'reacción cuasi-conversión'. Este proceso, que ocurre durante la descarga, provoca la formación de óxido de litio y acelera el desgaste de las baterÃas, especialmente aquellas con cátodos ricos en nÃquel.
Las baterÃas de iones de litio suelen utilizar cátodos de nÃquel-manganeso-cobalto (NMC). La industria ha aumentado el contenido de nÃquel para reducir costos, pero esto también reduce la longevidad de las baterÃas. El nuevo estudio revela que la descarga profunda es un factor clave en esta degradación.
Contrariamente a lo que se creÃa, no es la sobrecarga sino la descarga lo que causa una pérdida de oxÃgeno en la superficie del cátodo. Esta pérdida reacciona con el litio para formar óxido de litio, lo que genera gases y daña la baterÃa. Las pruebas mostraron que las baterÃas ricas en nÃquel son más sensibles a este fenómeno.
La solución propuesta es simple: evitar las descargas completas. BaterÃas probadas con este método conservaron un 73,4% de su capacidad después de 300 ciclos, frente a solo un 3,8% en aquellas descargadas profundamente.
Este descubrimiento abre el camino a baterÃas más duraderas. Los investigadores destacan la importancia de considerar la descarga en el desarrollo de futuras baterÃas de iones de litio.
Comparación del rendimiento de las baterÃas según su modo de descarga.
Crédito: POSTECH
¿Por qué los cátodos ricos en nÃquel son más sensibles a la degradación?
Los cátodos ricos en nÃquel son preferidos por su alta capacidad energética y su menor costo en comparación con los cátodos que contienen cobalto. Sin embargo, su estructura los hace más vulnerables a la degradación durante la descarga.
El alto contenido de nÃquel favorece la pérdida de oxÃgeno en la superficie del cátodo, un fenómeno que se intensifica con la descarga profunda. Esta pérdida de oxÃgeno conduce a la formación de óxido de litio y a reacciones secundarias con el electrolito.
Estas reacciones no solo provocan una disminución de la capacidad de la baterÃa, sino también hinchazón y degradación acelerada. Los investigadores observaron que estos efectos son notablemente menos pronunciados cuando la baterÃa no se descarga completamente.
Esta mayor sensibilidad de los cátodos ricos en nÃquel a la descarga profunda subraya la importancia de desarrollar estrategias de uso optimizadas para maximizar su vida útil.