Este sorprendente truco puede hacer que sus baterías de iones de litio duren un 50% más

En un sorprendente giro electrizante, los investigadores han descubierto que cargar baterías de iones de litio a altas corrientes durante su primera carga mejora significativamente su vida útil. Este nuevo método, desarrollado por científicos del SLAC-Stanford Battery Center, reduce el tiempo de carga inicial de 10 horas a solo 20 minutos y aumenta la vida útil de la batería en un 50%.

Una estrategia contraintuitiva para mejores baterías

Las baterías de iones de litio alimentan todo, desde teléfonos inteligentes hasta vehículos eléctricos. Su desempeño depende de muchas cosas, pero a menudo se pasa por alto un paso crítico: el primer pago. Este ciclo inicial, conocido como «carga de formación», sienta las bases para determinar cuánto tiempo funcionará una batería y cuánto durará, como los pasos iniciales de una larga maratón.

Este proceso de carga inicial no es sólo una cuestión de completar la batería. Sirve como un evento fundamental que determina la resistencia y la eficiencia a largo plazo de una batería de iones de litio.

«La formación es el último paso en el proceso de fabricación», dijo Xiao Cui, investigador principal del equipo de informática de la batería, «por lo que si falla, todo el valor y el esfuerzo invertido en la batería hasta ese momento se desperdiciará».

Tradicionalmente, los fabricantes han utilizado corrientes bajas para este paso, creyendo que crea una capa protectora estable dentro de la batería. Pero este método lento requiere mucho tiempo y cuesta mucho dinero.

Ahora, un estudio publicado en la revista Joule sugiere un cambio radical de enfoque. El equipo de investigación, dirigido por el profesor Will Chueh en SLAC/Stanford y en colaboración con el Instituto de Investigación Toyota (TRI), probó 186 baterías de iones de litio sometidas a ciclos en 62 protocolos de formación y descubrió que la carga de baterías nuevas con altas corrientes puede ser la clave. para alargar su vida.

Utilizando el aprendizaje automático, el equipo identificó dos factores cruciales (la temperatura y la corriente de carga) que influyen en la formación de esta capa protectora en la superficie del ánodo de la batería, conocida como interfase de electrolito sólido (SEI). Sorprendentemente, la carga con corrientes elevadas no degradó la batería. En cambio, mejoró su longevidad.

Por qué son importantes los primeros cargos

Durante la primera carga de una batería de iones de litio, parte del litio pasa a formar parte del SEI, una «capa blanda» que protege el electrodo negativo de la batería. Esta capa es vital para prevenir reacciones secundarias que pueden degradar la batería con el tiempo. Curiosamente, perder una porción significativa del litio durante la primera carga en realidad ayuda a largo plazo. Es como un pago inicial que genera importantes beneficios.

Los investigadores descubrieron que cargar con corrientes más altas acelera este proceso inicial, lo que da como resultado un SEI mejor formado y una batería más eficiente. Descubrieron que este método desactiva más iones de litio por adelantado: alrededor del 30%, en comparación con sólo el 9% con los métodos tradicionales. Si bien esto puede parecer contradictorio, el «espacio de cabeza» adicional creado permite que la batería funcione de manera más efectiva, como tomar un poco de agua de un balde lleno para evitar derrames.

«La fabricación de baterías requiere mucho capital, energía y tiempo», afirmó Steven Torrisi, científico investigador principal del TRI. «Los resultados de este estudio demuestran un enfoque generalizable para optimizar este paso crucial en la fabricación de baterías».

Los hallazgos tienen implicaciones importantes. Una producción de baterías más rápida y eficiente podría afectar a una variedad de tecnologías que dependen de baterías de iones de litio, desde la electrónica de consumo hasta el almacenamiento de energía renovable, pero quizás el impulso más significativo será el de los vehículos eléctricos, donde la batería representa alrededor del 30% del total del vehículo. . costo total. El conocimiento del estudio sobre las primeras etapas de la vida útil de las baterías puede conducir a nuevos métodos y materiales para la fabricación de baterías más duraderas y eficientes.

Si bien la técnica aún necesita más pruebas y refinamientos, no es frecuente escuchar acerca de una innovación de tan alto valor que haga tanto a un precio tan bajo. A medida que la demanda de baterías eficientes y duraderas continúa creciendo, este nuevo método podría convertirse en la piedra angular de las futuras prácticas de fabricación de baterías, remodelando potencialmente el panorama de las soluciones de almacenamiento de energía en baterías.