Una investigación de la Universidad de Stanford (Estados Unidos) ha descubierto que se puede duplicar la autonomía de los vehículos eléctricos (VE) si se descargan por completo las baterías de metal de litio y se dejan reposar durante varias horas. Este enfoque permite restaurar la capacidad de la batería y aumentar su rendimiento general tras su descarga completa.
Los expertos de Stanford buscaban la forma más fácil, barata y rápida de mejorar la vida útil del ciclo del metal de litio de las baterías. Así, descubrieron que al dejar la batería en estado descargado, se puede recuperar la capacidad perdida y aumentar la vida útil. Estas mejoras se pueden realizar simplemente reprogramando el software de gestión de la batería, sin coste adicional ni necesidad de cambios para el equipo, los materiales o el flujo de producción, según señalan los científicos de Stanford.
Los resultados del estudio podrían proporcionar a los fabricantes de vehículos eléctricos información práctica sobre la adaptación de la tecnología de metal de litio a las condiciones de movilidad eléctrica del mundo real. Los nuevos hallazgos del equipo de investigación de Stanford fueron publicados en la revista Nature.
Baterías de metal de litio
Una batería de iones de litio convencional consta de dos electrodos, un ánodo de grafito y un cátodo de óxido metálico de litio, separados por un electrolito líquido o sólido que transporta iones de litio de un lado a otro, mientras que en una batería de metal de litio, el ánodo de grafito se reemplaza con metal de litio galvanizado, lo que le permite almacenar el doble de energía que una batería de iones de litio en la misma cantidad de espacio. El ánodo de metal de litio también pesa menos que el ánodo de grafito, lo cual es importante para los vehículos eléctricos.
Un automóvil equipado con una batería de metal de litio tendría el doble de alcance que un vehículo de iones de litio del mismo tamaño: 600 millas (965 km) por carga frente a 300 millas (482 km). Desafortunadamente, la carga y descarga continua hace que las baterías de metal de litio se degraden rápidamente. Cuando la batería se descarga, trozos de litio metálico del tamaño de una micra se aíslan y quedan atrapados en la interfase de electrolito sólido (SEI), una matriz esponjosa que se forma donde se unen el ánodo y el electrolito.
La carga y descarga repetidas da como resultado la acumulación de litio muerto, lo que hace que la batería pierda capacidad rápidamente.
Descarga completa de la batería para prolongar su vida útil
En trabajos anteriores, la Universidad de Stanford descubrió que la matriz SEI comienza a disolverse cuando la batería está inactiva. Basándose en ese hallazgo, decidieron ver qué pasaría si se dejaba reposar la batería mientras se descargaba. La descarga elimina todo el litio metálico del ánodo, por lo que todo lo que queda son piezas inactivas de litio aislado rodeadas por la matriz SEI.
El siguiente paso fue dejar que la batería permaneciera inactiva. Así, descubrieron que si permanece descargada durante solo una hora, parte de la matriz SEI que rodea el litio muerto se disuelve. Entonces, cuando se recarga la batería, el litio muerto se volverá a conectar con el ánodo, porque hay menos masa sólida que se interponga en el camino. La reconexión con el ánodo devuelve la vida al litio muerto, lo que permite que la batería genere más energía y prolongue su ciclo de vida.
Utilizando microscopía de video de lapso de tiempo, los investigadores confirmaron la desintegración del SEI residual y la posterior recuperación del litio muerto durante la fase de reposo.
Un vehículo eléctrico típico puede tener 4.000 baterías dispuestas en módulos controlados por un sistema de gestión de baterías, un cerebro electrónico que supervisa y controla el rendimiento. En una batería de metal de litio, el sistema de gestión existente se puede programar para descargar un módulo individual por completo para que no le quede capacidad alguna. Además, este enfoque no requiere nuevas técnicas o materiales de fabricación caros.