Un equipo de investigación estadounidense ha desarrollado un nuevo electrolito basado en múltiples aditivos químicos que permite aumentar el rango óptimo de temperaturas de funcionamiento de las baterías de litio desde los -40ºC hasta los 60ºC. En la fase de laboratorio las celdas de baterías basadas en este nuevo electrolito han sido capaces de funcionar dentro de los parámetros admisibles después de 1.000 ciclos de carga y descarga.
En su sede de Richland, en el estado de Washington, los investigadores del Laboratorio Nacional del Pacífico Noroeste (PNNL) han creado celdas prototipo de iones de litio basadas en un electrolito optimizado químicamente. A temperaturas de -40ºC, el rendimiento en la fase de descarga mejora al de las baterías actuales. A largo plazo y después de 1.000 ciclos de carga y descarga a temperaturas de 25ºC han sido capaces de conservar el 85% de la capacidad energética. Una estabilidad que se mantiene e incluso se mejora a 60ºC.
El electrolito que se sitúa entre el electrodo negativo (ánodo) y el electrodo positivo (cátodo) de las baterías de iones de litio y es el que se encarga de permitir el intercambio iónico, es decir el flujo de cationes litio entre los electrodos, desprendiendo o absorbiendo electrones en función de si la batería se carga o se descarga. El carbonato de etileno que se incluye habitualmente en el electrolito ayuda a crear una capa protectora, evitando la descomposición de los componentes del electrolito cuando interactúan con el ánodo. Sin embargo, tiene un alto punto de fusión, lo que limita su rendimiento a bajas temperaturas.
El director de la investigación, Wu Xu y su equipo reemplazaron parcialmente el carbonato de etileno del electrolito original por carbonato de propileno y agregaron hexafluorofosfato. Las celdas de demostración en las que se incorporó el nuevo electrolito dopado con los nuevos aditivos químicos, han sido capaces de soportar 1.000 ciclos de carga y descarga funcionando correctamente en una horquilla de temperaturas de entre -17ºC y 60 ºC.
Este resultado es el efecto que producen las películas altamente conductivas, uniformes y compactas que se forman en las superficies del ánodo y del cátodo gracias a las sinergias que se movilizan por la acción de los múltiples aditivos.
En las baterías actuales, una temperatura en el entorno de los 24 ºC puede ser considerada la óptima para su funcionamiento. A temperaturas inferiores a los 10ºC centígrados los problemas más importantes surgen a la hora de la recarga, que se ve muy afectada en cuanto a la velocidad y la capacidad que se puede lograr. A su vez, por encima de los 40ºC los problemas de degradación de la química de la batería pueden hacer que su vida útil se acorte. La misma situación se produce cuando se aumenta la potencia de carga de la batería, provocada por el calentamiento al que hay que someter a la batería.
La investigación ha recibido financiación del Departamento de Energía de los Estados Unidos y sus resultados se han publicado en la revista ACS Applied Materials & Interfaces. Allí explican que estos los notables.
