Un equipo de científicos de del Laboratorio Nacional Acelerador SLAC del Departamento de Energía de Estados Unidos y de la Universidad de Stanford ha comprobado que es posible reactivar las islas de litio inactivo de las baterías. Mediante ajustes en el proceso de recarga de las baterías, el litio se reconecta eléctricamente al electrodo negativo y se reactiva, aumentando así la vida útil. De este resultado podrían beneficiarse no solo las baterías de hoy sino que desbloquearía la posibilidad de obtener diseños de baterías con densidades energéticas mucho mayores y con mayor capacidad de recarga rápida.
Las islas de litio inactivas se forman durante los ciclos de carga y descarga de las baterías, cuando los iones de litio viajan de un electrodo a otro. Durante este viaje, algunos de ellos fallan y se vuelven electroquímicamente inactivos. Estos se acumulan en forma de grumos o islas de litio que disminuyen la capacidad de almacenamiento de la batería y su vida útil.
Este litio que queda aislado, además de no contribuir ya a la capacidad eléctrica de la batería, es peligroso puesto que puede provocar que esta se incendie. Yi Cui, profesor de Stanford y director de la investigación asegura que han descubierto la manera de reconectar eléctricamente el litio muerto con el electrodo negativo para reactivarlo.
En teoría, este litio queda aislado pero mantiene un voltaje que lo hace recuperable, ya que todavía es posible hacer que se mueva entre los dos electrodos de la batería. Para probar esta teoría, los científicos construyeron una batería de prueba "óptica" diseñada para permitir observaciones en tiempo real de las islas de litio mientras se procedía a cargar el dispositivo.
Este experimento demostró que la isla de litio en realidad no está "muerta", sino que puede responder a las operaciones de la batería arrastrándose lentamente hacia un electrodo u otro durante la carga y descarga. "Es como un gusano muy lento que puede moverse nanómetro a nanómetro", asegura Cui. Se transporta disolviéndose en un extremo y depositando material en el otro. Si se mantiene el gusano de litio en movimiento en algún momento llegará a tocar el ánodo y se restablecerá la conexión eléctrica.
El litio que queda aislado entre los electrodos de la batería puede recuperarse mediante un ajuste en el proceso de carga de manera que es posible recuperar la vida útil de la batería.
Trabajando con este objetivo, los científicos llevaron a cabo experimentos de seguimiento con otras baterías de prueba y utilizaron simulaciones por ordenador para demostrar que el litio aislado en realidad podría recuperarse mediante ajustes en el proceso de carga. "Descubrimos que podemos mover el litio desprendido hacia el ánodo durante la descarga, siendo los movimientos más rápidos bajo corrientes más altas", asegura el autor del estudio publicado en la revista Nature, Fang Liu. Agregando un paso de descarga rápido y de alta corriente justo después de cargar la batería movió el litio aislado lo suficiente como para reconectarlo con el ánodo. "Esto reactiva el litio para que pueda participar en la vida útil de la batería", añade.
Según las conclusiones de la investigación, este procedimiento aumentó la vida útil de la batería de prueba en un 30 %. Además, aplicando esta técnica, es posible idear diseños de batería mejorados capaces de admitir mayores potencias de recarga, ya que la degradación sería recuperable. También podría conducir a incrementar la capacidad de las baterías y su vida útil. Todo esto se traduce en que además de incrementarse la autonomía de los vehículos eléctricos también se podría conservar durante un mayor número de ciclos de carga y descarga.
Los científicos señalan que el problema del litio aislado también afecta a las baterías de metal de litio, una tecnología que permite contener 10 veces más energía, pero que acusa un problema importante de inestabilidad. La integración de esta nueva funcionalidad podría ayudar a abordar esta deficiencia. "Nuestros hallazgos tienen amplias implicaciones en el diseño y desarrollo de baterías de metal de litio más robustas", asegura Liu.
