Equipos de investigación europeos aumentarán la duración de las baterías con un nuevo protocolo de carga
Actualmente, los protocolos prevén la carga con un flujo de corriente constante. Sin embargo, como ha demostrado el estudio del equipo dirigido por Philipp Adelhelm (Centro Helmholtz de Berlín y Universidad Humboldt) en colaboración con la Universidad Técnica de Berlín y la Universidad de Aalborg (Dinamarca), éste no es el mejor método. El estudio, publicado en la revista Materiales energéticos avanzados, analiza la influencia del protocolo de carga en la vida útil de la batería.
Como parte del proyecto, los investigadores analizaron células NMC532 disponibles en el mercado con un ánodo de grafito. En el cátodo, los compuestos de níquel, manganeso y cobalto se mezclan en una proporción de 5:3:2 junto con el litio. En la actualidad, muchos coches eléctricos circulan con esa mezcla, aunque la tendencia en los coches nuevos se inclina ahora por la NMC811.
Algunas de las pruebas de las baterías se realizaron en la Universidad de Aalborg. Las baterías se cargaron de forma convencional con corriente constante (CC) o con un nuevo protocolo de carga con corriente pulsada (PC). A continuación, se desmontaron las celdas y se sometieron a análisis post-mortem, que revelaron "claras diferencias", según los investigadores. Por ejemplo, la interfaz del electrolito sólido (SEI) en el ánodo era significativamente más gruesa en las muestras que se cargaron con una corriente constante, lo que mermó la capacidad. Además, el equipo encontró más grietas en la estructura de los electrodos NMC532 y de grafito, lo que también contribuyó a la pérdida de capacidad. Por el contrario, la carga con PC dio lugar a una interfaz SEI más fina y a menos cambios estructurales en los materiales de los electrodos.
Estas observaciones iniciales se analizaron con más detalle con investigaciones posteriores. En 'BESSY II', un acelerador anular de electrones de 240 metros de longitud en el Centro Helmholtz, el investigador Yaolin Xu examinó las células utilizando operando Espectroscopia Raman y dilatometría, así como espectroscopia de absorción de rayos X. Esto le permitió analizar lo que ocurre durante la carga con diferentes protocolos. Se llevaron a cabo experimentos adicionales en el sincrotrón PETRA III. "La carga con corriente pulsada favorece la distribución homogénea de los iones de litio en el grafito y reduce así la tensión mecánica y el agrietamiento de las partículas de grafito. Esto mejora la estabilidad estructural del ánodo de grafito", concluye. La carga pulsada también suprime los cambios estructurales en los materiales del cátodo NMC532.
En otras palabras, la carga con corriente pulsada de alta frecuencia reduce los efectos del envejecimiento. Sin embargo, los equipos de investigación también han descubierto que depende de la frecuencia de la corriente pulsada. Los protocolos de carga con corriente pulsada de alta frecuencia son los que más prolongan la vida útil de las baterías comerciales de iones de litio, hasta duplicar la duración del ciclo (con una retención de la capacidad del 80%). La coautora Julia Kowal, experta en tecnología de almacenamiento de energía eléctrica de la Universidad Técnica de Berlín, subrayó: "La carga pulsada podría aportar muchas ventajas en cuanto a la estabilidad de los materiales de los electrodos y las interfaces y prolongar significativamente la vida útil de las baterías".
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