Actualizado: 24/01/2023
Ocurre con demasiada frecuencia: uno enchufa el portátil, se aleja y, horas o días después, descubre que ha perdido parte de su carga a pesar de estar inactivo y sin usar.
Este fenómeno, llamado autodescarga, ha frustrado tanto a los usuarios como a la industria, y ha desconcertado a los fabricantes que intentan determinar por qué las celdas de las baterías de iones de litio tienden a perder parte de su carga con el paso del tiempo.
Un investigador de Dalhousie ha identificado un culpable sorprendentemente común que, si se sustituyera, podría resolver un problema persistente para la industria.
En las baterías comerciales hay una cinta, como la Scotch, que mantiene unidos los electrodos y se produce una descomposición química de esta cinta, que crea una molécula que provoca la autodescarga.
En nuestro laboratorio hacemos muchos experimentos muy complejos para mejorar las baterías, pero esta vez descubrimos una cosa muy sencilla: está en todas las botellas de plástico y nadie habría pensado que tuviera un impacto tan grande en cómo se degradan las células de iones de litio.
Michael Metzger, profesor adjunto y titular de la cátedra Herzberg-Dahn y del Departamento de Física y Ciencias Atmosféricas.
Un descubrimiento inesperado.
El Dr. Metzger y sus colegas querían entender por qué se autodescargan las baterías de iones de litio. Como parte de su investigación, abrieron varias celdas después de exponerlas a diferentes temperaturas.
Se quedaron atónitos al ver que la solución electrolítica de la célula era de color rojo brillante, algo que nunca habían visto antes.
Entonces empezaron a explorar la causa, colocando células con solución electrolítica común en hornos a cuatro temperaturas diferentes. Una a 25ºC permaneció transparente, mientras que la muestra a 55ºC era de color marrón claro y la más alta, a 70ºC, era de color rojo sangre. Hicieron un análisis químico y observaron la composición química del electrolito.
Fue entonces cuando descubrieron que el tereftalato de polietileno, o PET, de la cinta se descompone y crea la molécula que provoca la autodescarga. La molécula se denomina lanzadera redox porque puede desplazarse al lado positivo del electrodo, luego al negativo y de nuevo al positivo. Así pues, se desplaza entre los electrodos y genera la autodescarga, como se supone que hace el litio. El problema es que la molécula lanzadera lo hace todo el tiempo en segundo plano, incluso cuando se supone que el litio no se mueve cuando la batería está ahí sentada.
«Es algo que no esperábamos porque nadie se fija en estos componentes inactivos, estas cintas y láminas de plástico en la célula de la batería, pero realmente hay que tenerlo en cuenta si se quieren limitar las reacciones secundarias en la célula de la batería«, dice sobre la cinta hecha de PET, un plástico resistente y ligero muy utilizado en envases y botellas de refrescos.
Comercialmente importante.
Los investigadores exponen sus hallazgos en dos nuevos artículos y están llamando la atención de los pesos pesados de la industria que buscan formas de mejorar el rendimiento de sus baterías. Ambos artículos se han publicado en la revista Journal of The Electrochemical Society.
El Dr. Metzger visitó recientemente una empresa estadounidense que depende de baterías fiables y duraderas, y le preguntaron por el problema de las cintas tras conocer el novedoso descubrimiento del Dr. Metzger.
La autodescarga es una métrica superimportante para ellos. Uno de los ingenieros me dijo: ‘He oído que habéis descubierto que algo va mal con la cinta PET’. Le expliqué que causaba la autodescarga y le pregunté: ‘¿Qué utilizáis en vuestras células? Me contestó: «Cinta PET».
Dr. Metzger.
La información podría conducir a una solución que podría implicar la sustitución de la cinta de PET por un material más estable que no se degrade.
Es un descubrimiento comercialmente relevante. Es algo pequeño, pero sin duda puede ayudar a mejorar las celdas de las baterías.
Dr. Metzger.
Referencias:
- Sebastian Büchele et al, Reversible Self-discharge of LFP/Graphite and NMC811/Graphite Cells Originating from Redox Shuttle Generation, Journal of The Electrochemical Society (2023). DOI: 10.1149/1945-7111/acb10c
- Sebastian Buechele et al, Identification of Redox Shuttle Generated in LFP/Graphite and NMC811/Graphite Cells, Journal of The Electrochemical Society (2022). DOI: 10.1149/1945-7111/acaf44
Vía www.dal.ca
En desarrollo una «batería geotérmica» que aprovecha los antiguos pozos petrolíferos para almacenar energía
Salgenx S3000, la nueva batería de flujo de agua salada de 3000 kWh
Baterías gravitatorias en minas abandonadas podrían abastecer de energía a todo el planeta
Leclanché desarrolla células de ión-litio con bajo contenido en cobalto y un 20% más de densidad energética
California pone en marcha un enorme proyecto de almacenamiento de electricidad en aire comprimido
Australia fabricará baterías de litio sin China para «alimentar los próximos 100 años»
Deja una respuesta