El equipo de investigación del científico canadiense Jeff Dahn, que lleva años trabajando con Tesla en lograr una batería capaz de soportar un millón de millas (1,6 millones de kilómetros) sin que la degradación de su química la penalice, ha publicado un artículo sobre una nueva batería que supera a esta. Se trata de una nueva batería cuya química del cátodo está basada en níquel, que supera en durabilidad a las química LFP y mantiene la densidad de energía de las NCM: lo mejor de cada tecnología.
Jeff Dahn es uno de los investigadores más reconocidos en el campo de las baterías. Es pionero en el desarrollo de las celdas de iones de litio ya que ha trabajado en ellas casi desde que se inventaron. Entre sus aportaciones está haber aumentado el ciclo de vida de las celdas, lo que fue un punto de inflexión para el inicio de su comercialización. En 2016 se asoció con Tesla, que se ha encargado de financiar varias de sus investigaciones. Desde hace años, su equipo de la Universidad Dalhousie en Halifax, Canadá, ha trabajado en el desarrollo de las baterías que ahora se montan en los coches eléctricos del fabricante californiano. En los últimos años, sus trabajos dieron como fruto la presentación de varias de las patentes tecnológicas de Tesla que podría llevar a lograr una celda de batería que permita alcanzar autonomías de hasta un millón de millas (1,6 millones de kilómetros).
Recientemente, Testa y Dahn extendieron su contrato de colaboración hasta 2026, dividiendo sus trabajos en dos y manteniendo a Dahn como mentor de dos nuevas incorporaciones. La primera es el Dr. Chongyin Yang, presidente de investigación de Tesla Canadá, centrado en el desarrollo de materiales de alto rendimiento para baterías de iones de litio avanzadas, que incluyen materiales para electrodos sostenibles que no contienen metales de transición.
La segunda es el Dr. Michael Metzger, presidente de Herzberg-Dahn, encargado de desarrollar nuevos métodos para estudiar el rendimiento y la vida útil de las baterías de iones de litio avanzadas. Precisamente, el fruto sus primeras investigaciones, llevadas a cabo en colaboración con Dahn y varios doctores afiliados al programa de trabajo, ha sido publicado en el Journal of the Electrochemical Society bajo el título "Li[Ni0.5Mn0.3Co0.2]O2 as a Superior Alternative to LiFePO4 for Long-Lived Low Voltage Li-Ion Cells".
El documento se sumerge en los complejos detalles que rodean la química potencial de una batería a base de níquel que podría durar 100 años en las condiciones adecuadas. Describe una química de batería destinada a competir con las celdas de batería LFP en términos de longevidad, y conservando las propiedades de las químicas ricas en níquel NCM: la mayor densidad energética, que permiten una mayor autonomía a igualdad de capacidad energética. Estas características son clave no solo por la escasez de materias primas, sino también para reducir los costes de fabricación y por lo tanto de venta de los coches eléctricos.
El resumen del artículo escrito por el grupo del trabajo, especifica que con "el cristal único Li[Ni 0,5 Mn 0,3 Co 0,2 ]O2 las celdas en bolsa con cátodo de grafito NMC532 (50 % níquel, 30 % manganeso y 20 % cobalto) se ciclaron a cargas de 3,65 V y 3,80 V (en lugar superar los 4,2 V) para facilitar comparación con las celdas LiFePO4. Estas celdas NMC532 tienen una densidad de energía y un ciclo de vida superior a la de las celdas LFP trabajando a 40 °C, 55 °C y 70 °C. El resultado es que muestran una excelente vida útil a alta temperatura con electrolitos que contienen sales de litio (LiFSI), mucho más allá de los electrolitos LiPF 6 convencionales".
Las celdas mostraron una alta capacidad de retención de energía sin degradación durante una gran cantidad de ciclos de carga y descarga. El grupo de investigación señaló incluso que la nueva celda descrita en el documento podría durar 100 años si la temperatura de operación se mantiene controlada a 25 °C:
"La coulometría de ultra alta precisión y la espectroscopia de impedancia electroquímica se utilizan para complementar los resultados de los ciclos e investigar las razones del rendimiento mejorado de las celdas NMC. Estas, balanceadas y cargadas a 3,8 V, muestran una mejor eficiencia coulómbica, menor degradación de la capacidad energética y mayor densidad de energía en comparación con las celdas LFP y se prevé que tengan una vida útil cercana a un siglo a 25 °C".
Precisamente, una de las claves parece ser el uso de un electrolito con sales de litio LiFSI. El documento señala que los beneficios también podrían aplicarse a otras químicas a base de níquel, incluidas aquellas sin cobalto o con bajo contenido en este mineral.
