Más allá de conseguir baterías más eficientes, uno de los retos a los que se enfrenta el coche eléctrico es a minimizar su degradación y alargar su vida útil. A cuanto más degradada, menor es su capacidad y por tanto su rango entre cargas.
Esta degradación se relaciona con el uso, según se va cargando y descargando por rodar a sus mandos. Pero también es determinante la autodescarga. Un nuevo estudio habría determinado por qué se produce, lo que allana el camino para disminuirla.
Baterías que se descargan menos cuando no se están usando
Cuando un coche eléctrico está parado un largo periodo, durante un mes o más, su batería se acaba descargando. Es decir, que esa energía se pierde aunque no se use porque se autodescarga la batería.
Este proceso se explica, según los científicos del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de Estados Unidos (DOE), como una serie de reacciones químicas que se producen en la batería y que provocan una pérdida de rendimiento con el tiempo, acortando así su vida útil. Y afecta a cualquier dispositivo con batería electroquímica recargable.
"El proceso consume lentamente los valiosos materiales funcionales de la batería y deposita subproductos no deseados en la superficie de los componentes de la batería. Esto conduce a una degradación continua del rendimiento de la batería", explica Zonghai Chen, químico sénior de Argonne.
Las explicaciones de por qué se ocasiona la autodescarga de la batería lleva tiempo sobre la mesa. Se ha señalado por ejemplo la pérdida del litio o la liberación de oxígeno de los cátodos de las celdas. Pero un nuevo estudio publicado en Science firmado por un equipo de investigación de varias universidades y laboratorios estadounidenses, incluyendo el de Argonne, aseguran haber dado con la clave de este proceso.
Esta nueva investigación valida un mecanismo de hidrogenación del cátodo como causa de la autodescarga de las celdas de una batería. Cada celda de una batería de iones litio, recordemos, se compone de dos electrodos de metal (ánodo y cátodo) y un electrolito. El electrolito transfiere iones (partículas portadoras de carga) entre el cátodo y el ánodo que almacenan el litio.
Esto se ha podido probar gracias a analizar el funcionamiento de una batería a nivel molecular. O más concretamente de sus celdas y cómo se comportan los átomos de níquel, manganeso y cobalto dentro del cátodo. Lo han hecho analizándolo en la Fuente Avanzada de Fotones (APS, por sus siglas en inglés), una las principales instalaciones que existen de fuentes de luz de rayos X de alta energía basadas en anillos de almacenamiento.
Así, apreciaron que la autodescarga se producía por "la acumulación de protones en el cátodo cargado, que se desencadenaba por la descomposición del electrolito", explican en la publicación. "Este mecanismo, basado en una reacción de hidrogenación de la superficie, difiere del modelo ampliamente aceptado que se basa en la difusión del litio desde el electrolito al cátodo".
Baterías de iones litio más pequeñas, baratas y eficientes. Este nuevo descubrimiento puede servir de base para mejorar el rendimiento de las baterías de litio, minimizando su degradación, gracias a reducir la tasa de autodescarga. O más bien allana el camino para conseguir una composición química adecuada para los materiales del cátodo.
"Al reducir la autodescarga, podemos diseñar una batería más pequeña, más liviana y más económica sin sacrificar el rendimiento de la batería al final de su vida útil", asegura Chen.
Menos en lo del menor coste, es precisamente de lo que presumen las baterías en estado sólido, que recurren a un electrolito diferente al litio (líquido) por uno sólido. Según sus creadores en un dispositivo de similar tamaño ofrecen más autonomía, tiempos de recarga más cortos y menor riesgo de incendio.
Aunque de momento estas revolucionarias baterías no se han equipado de serie en ningún coche, marcas como Toyota o Nissan ya están desarrollándolas. Su salto a la producción en serie sin embargo aún se resiste por su elevado coste, que esperan vaya reduciendo.
Pero este nuevo paso para las baterías de iones litio podría ser una nueva respuesta para mejorar las ahora existentes antes de la llegada de las de estado sólido.