Muchos de los problemas de funcionamiento de las baterías de litio son consecuencia de que se cargan o se descargan fuera de su temperatura óptima de funcionamiento. Además de cumplir con los estándares de seguridad, resistir largos ciclos de carga y descarga y ofrecer la máxima densidad de energía posible, también deben ser capaces de soportar temperaturas de funcionamiento en climas extremos.
El rendimiento de la batería depende de que se mantenga en un rango de temperaturas óptimo. Las altas temperaturas se producen cuando está alimentando el sistema de tracción o cuando se está recargando, sobre todo en estaciones de recarga rápida. Si además esto se produce en climas muy cálidos, pueden ser causa de una degradación prematura, reduciendo la vida útil de la batería, que pierde su capacidad energética antes de lo previsto.
Las bajas temperaturas son responsables de una carga muy lenta y de una reducción importante de la capacidad energética. Afectan a las reacciones electroquímicas dentro de las celdas, a lo que el sistema de administración de la batería responde limitando la velocidad de carga para evitar daños internos.
Los investigadores de Instituto de Tecnología Avanzada de Shenzhen han encontrado una solución para que las baterías de iones de litio funcionen de manera óptima por debajo de 0º C y por encima de 50 ºC. Más en detalle, lo que los científicos de Shenzen han desarrollado es un nuevo material compuesto para el ánodo de las baterías cuyo componente principal es el aluminio. Al emparejar este nuevo ánodo con diferentes materiales de cátodo, las pruebas verificaron que se pueden crear baterías para diferentes aplicaciones sin que les afecten las temperaturas extremas.
"Debido a la alta capacidad teórica del material del ánodo basado en aluminio, la densidad de energía de esta nueva batería es entre un 13 % y un 25 % más alta que la que ofrecen las baterías de litio tradicionales", asegura el director de la investigación Tang Yongbing. En el comunicado de prensa se señala que en las pruebas realizadas, los dispositivos eran capaces de funcionar desde -70 ºC hasta los 80 ºC. Según Tang, la buena conductividad eléctrica del ánodo compuesto a base de aluminio también permite que la batería acumule una carga completa en 20 minutos.
Otro problema que también se resuelve con la inclusión de este material en el ánodo es la formación de dendritas, un inconveniente común a todas las baterías de litio que es consecuencia del ciclado continuo. Afecta la capacidad de carga y puede llegar a perforar el separador que se coloca entre los electrodos formando un cortocircuito, lo que puede provocar la fuga térmica que puede complicarse hasta incendiar la batería.
Con el ánodo a base de aluminio, las nuevas baterías pueden prevenir eficazmente la generación de dendritas de litio en condiciones de baja temperatura y sobrecarga, mejorando así el rendimiento y, sobre todo, la seguridad.
Aparte de la prueba experimental con una celda de batería prototipo, los investigadores también estudiaron la producción en masa de las baterías de litio con este nuevo ánodo. Los análisis de ejecución mostraron que hasta el 99,11 % de la producción y el 99 % de todos los procesos cumplieron con los estándares de la industria.
