Vida útil de las baterías es el foco de una nueva investigación desarrollada por un equipo de la Universidad Hanyang ERICA, en Corea del Sur, que identificó un mecanismo de degradación hasta ahora desconocido en baterías con cátodos ricos en níquel y libres de cobalto. El hallazgo demuestra que la exposición al aire de los materiales precursores durante el almacenamiento puede desencadenar cambios químicos que aceleran el deterioro de las celdas durante los ciclos de carga y descarga.
Cómo un defecto afecta la vida útil de las baterías
El estudio, liderado por el profesor Jin Ho Bang y el doctorando JinHa Shim, fue publicado en la revista Energy & Environmental Science. Los investigadores determinaron que el manganeso empleado para estabilizar los cátodos con alto contenido de níquel puede oxidarse cuando los materiales precursores permanecen expuestos al aire antes del proceso de fabricación.
Como consecuencia, se forman regiones superficiales con distorsiones de Jahn-Teller que favorecen reacciones químicas no deseadas dentro de la batería. Estas alteraciones incrementan la degradación del material activo y reducen progresivamente la capacidad de almacenamiento de energía durante la operación.
El origen del problema está en la etapa de fabricación
Según los resultados de la investigación, este mecanismo de degradación favorece la descomposición del electrolito, la disolución de metales de transición y diversas reacciones con el ánodo de grafito. Aunque estos cambios se producen antes del ensamblaje de la batería, sus efectos permanecen durante toda su vida operativa y afectan tanto la estabilidad como el rendimiento del sistema.
Los autores resaltan que este comportamiento había pasado prácticamente desapercibido porque la atención de la industria se ha centrado principalmente en optimizar la composición de los cátodos y aumentar la densidad energética, dejando en segundo plano el impacto que puede tener el almacenamiento de los materiales precursores.
Una estrategia sencilla para mejorar el rendimiento
Como parte del trabajo, los investigadores desarrollaron una alternativa para reducir este problema sin modificar de forma significativa los procesos industriales existentes. La propuesta consiste en aumentar ligeramente el exceso de litio durante la síntesis del cátodo, lo que permite estabilizar la estructura superficial del material.
Las pruebas realizadas mostraron que esta modificación permitió conservar más del 90 % de la capacidad de la batería tras los ensayos de envejecimiento, mejorando su estabilidad sin necesidad de incorporar recubrimientos adicionales ni tratamientos de fabricación más complejos.
Impacto en vehículos eléctricos y almacenamiento de energía
El descubrimiento ofrece nuevas perspectivas para el desarrollo de baterías de alta densidad energética destinadas a vehículos eléctricos. La industria busca reducir progresivamente el uso de cobalto debido a su elevado costo y a los desafíos asociados con su cadena de suministro, por lo que los cátodos ricos en níquel representan una de las principales alternativas para las futuras generaciones de baterías.
Asimismo, los resultados podrían contribuir al diseño de sistemas de almacenamiento de energía más confiables para aplicaciones estacionarias, donde una mayor estabilidad de las baterías resulta esencial para facilitar la integración de fuentes renovables como la energía solar y la eólica.
Investigación abre nuevas oportunidades para la industria
Los investigadores concluyen que controlar las condiciones de almacenamiento y manipulación de los materiales precursores puede ser un factor determinante para extender la vida útil de las baterías sin necesidad de rediseñar completamente su arquitectura. Este enfoque podría convertirse en una referencia para fabricantes que buscan desarrollar baterías más duraderas, eficientes y competitivas para la movilidad eléctrica y el almacenamiento energético de próxima generación.
Fuente: PR Newswire
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