Un nuevo estudio reveló cómo extender la vida útil de las baterías de iones de litio en un 50%

Un reciente estudio ha revelado una novedosa técnica que podría extender la vida útil de las baterías de iones de litio hasta en un 50%, transformando fundamentalmente la manera en que se maneja la primera carga de estos dispositivos tan comunes. Este hallazgo promete revolucionar la fabricación de baterías, en particular aquellas para dispositivos electrónicos personales y vehículos eléctricos.

Reemplazar dispositivos como teléfonos inteligentes o computadoras portátiles solo porque la batería deja de retener la carga puede ser un verdadero dolor de cabeza. La investigación, publicada en la revista Joule, sugiere que cargar las baterías a altas temperaturas o corrientes antes de que se vendan podría alargar mucho su vida útil.

El proceso clave detrás de esta mejora está en la optimización de la interfase electrolítica sólida (SEI), una capa que se forma en el electrodo negativo durante la primera carga de la batería. Esta capa es crucial porque actúa como una barrera protectora, evitando reacciones secundarias que podrían afectar el litio disponible en la batería. Si no se forma correctamente, la batería pierde litio, lo que reduce su capacidad y, por ende, su durabilidad.

Will Chueh, científico de materiales de la Universidad de Stanford, explicó al medio especializado Live Science: “Esta comprensión es crucial para encontrar un mejor equilibrio entre el rendimiento de la batería y la eficiencia de la fabricación”.

En un comunicado de prensa del SLAC-Stanford Battery Center, se subrayó que cargar las baterías de iones de litio a altas corrientes justo antes de salir de la fábrica no solo es 30 veces más rápido, sino también prolonga su vida útil promedio en un 50%, reduciendo el tiempo de carga inicial desde 10 horas a tan solo 20 minutos. Este hallazgo fue realizado por un equipo de SLAC/Stanford, dirigido por el profesor Chueh en colaboración con investigadores del Instituto de Investigación Toyota (TRI), el Massachusetts Institute of Technology (MIT), y la Universidad de Washington.

Steven Torrisi, científico investigador senior del TRI, indicó al medio que estos resultados “demuestran un enfoque generalizable para comprender y optimizar este paso crucial en la fabricación de baterías”. Además, subrayó la importancia de estas técnicas para las baterías de iones de litio destinadas a vehículos eléctricos y la red eléctrica, y para otras aplicaciones tecnológicas.

Implicaciones prácticas de este estudio

Aumentar la temperatura de la habitación a 55ºC (131 ºF) tuvo un efecto significativo: mejoró la vida útil de la batería en un promedio del 57 por ciento. Sin embargo, combinar la carga rápida con un aumento de temperatura no ofreció mejoras adicionales en el rendimiento de la batería. “Este estudio es muy interesante para nosotros”, afirmó Torrisi a dicho medio, refiriéndose a cómo esta investigación podría transformar los procesos fabriles actuales.

El estudio también destaca el uso de aprendizaje automático, lo que permitió a los investigadores identificar dos factores esenciales (la corriente y la temperatura durante la primera carga) que tienen el mayor efecto en el SEI.

En cuanto a los detalles técnicos, el equipo de Chueh construyó celdas tipo bolsa con electrodos positivo y negativo rodeados por una solución electrolítica. Durante la carga, los iones de litio fluyen hacia el electrodo negativo, y al descargarse, regresan al positivo, generando así la corriente necesaria para alimentar dispositivos.

Desde el punto de vista industrial, Chueh añadió: “Este es un excelente ejemplo de cómo SLAC está aplicando la ciencia de la fabricación para que las tecnologías críticas para la transición energética sean más económicas”. La consolidación de una SEI robusta también optimiza el rendimiento general de los dispositivos alimentados por estas baterías.

Los estudios indicaron que, al cargar la batería rápidamente, se logra una desactivación planificada de parte del litio inicial, lo cual forma una SEI más sólida y permite un funcionamiento eficiente del electrodo durante su ciclo de vida. Cui recurrió a una metáfora: “Es como hacer una pequeña inversión que produce buenos rendimientos en el futuro”, destacando la importancia de este proceso inicial para la longevidad de la batería.