Uno de los mayores campos de estudio e investigación, en el campo de las baterías para coches eléctricos, está en los sistemas de carga rápida. Entre los muchos problemas con que se encuentran los científicos están las conocidas como ‘dendritas’, que son formaciones internas en las celdas, como ramificaciones de litio, que hacen que se pierda capacidad progresivamente y se vaya corrompiendo la estabilidad de la química. Hasta el punto de que pueden provocar un cortocircuito que acaba por ‘matar’ la celda, por ejemplo. Pues bien un hallazgo científico parece haber controlado esto y promete multiplicar la velocidad de carga de los coches eléctricos.
El estudio ha sido dirigido por el Dr. Xuekun Lu, de la Universidad Queen Mary de Londres, junto a un equipo internacional de investigadores de Reino Unido y los Estados Unidos. Y la clave está en que han encontrado cómo evitar la formación de dendritas en las celdas de batería de coches eléctricos. Lo que por un lado abre la puerta a cargas mucho más rápidas, pero al mismo tiempo también conduce a baterías más longevas y seguras. Es decir, que todo son ventajas en la manera en que han conseguido controlar la formación y creación de dendritas. Se ha publicado el estudio en la revista Nature Communications.
Hallan cómo evitar y controlar la formación de dendritas, el mayor problema de las baterías, para que los coches eléctricos carguen mucho más rápido
La formación de dendritas ocurre en el ciclado de las baterías, pero se potencia, y esto es negativo, cuando se abusa de los sistemas de carga rápida. Ocurre cuando los iones de litio se acumulan en la superficie del electrodo negativo de la batería, cuando en realidad lo que deberían hacer es pasar a través de él. Y el problema es que esto da lugar a capas de litio metálico que, de forma progresiva, van creciendo. El resultado es una progresiva pérdida de autonomía y, a mayor plazo, un riesgo de cortocircuito que puede llegar a provocar incendios e incluso explosiones. Es decir, que hablamos del gran problema de las baterías actuales para coches eléctricos.
Pues este equipo de investigación ha encontrado que la formación y desarrollo de dendritas es algo que se puede mitigar de una forma significativa mediante la optimización de la microestructura del electrodo negativo fabricado en grafito. El electrodo negativo de grafito se conforma de pequeñas partículas distribuidas de forma aleatoria, y el ajuste de la morfología de las partículas y de los electrodos puede permitir una actividad de reacción homogénea y controlada. Se reduce la saturación de litio de forma local y se mejora el rendimiento de la batería mientras se mitiga la formación de las peligrosas dendritas a nivel de celda.
Desde el equipo de investigación señalan que este estudio ha ‘revelado que los mecanismos de litiación de las partículas de grafito varían en distintas condiciones en función de la morfología, tamaño, forma y orientación de la superficie’. Esto afecta en gran medida a la distribución del litio, y también a la propensión a las dendritas. Se han servido de un modelo de batería 3D pionero, según explican en el detalle de su investigación, para capturar cuándo y dónde se inician las dendritas, y qué tan rápido crecen. Un significativo avance que, explican, tendrá un importante impacto en el futuro de los coches eléctricos. Y no solo en sus sistemas de carga rápida.
Arrojan luz sobre el desarrollo de nuevos protocolos avanzados de carga rápida gracias a una mejor compresión de los procesos físicos de redistribución del litio dentro de las partículas de grafito. Gracias a este mayor conocimiento se puede conseguir una carga más eficiente al tiempo que se minimiza el riesgo de la formación y el desarrollo de dendritas. Pero es que además este estudio revela que, con lo mismo, también se puede refinar la microestructura del electrodo de grafito para conseguir una mayor densidad energética en las baterías de iones de litio de los coches eléctricos.
