Un proyecto de investigación descubre que los altos niveles continuos de carga dañan las células LFP

El estudio se publicó en la Revista de la Sociedad Electroquímica. En él, los autores no sólo afirman que funcionar con niveles de carga elevados es perjudicial para las células LFP a largo plazo, sino que también explican con detalle cómo se produce exactamente la pérdida de capacidad en la célula.

Al igual que en las pilas NMC con níquel, manganeso y cobalto en el cátodo, la tensión en las pilas LFP aumenta con un nivel de carga más alto, pero con una curva diferente. Si a la alta tensión se añade una temperatura elevada (durante la carga rápida con un nivel de carga alto), las reacciones en la célula, especialmente en el electrolito, pueden formar compuestos nocivos. Éstos se depositan en el ánodo durante el proceso de carga, lo que significa que partes de la superficie del ánodo ya no están disponibles para la reacción electroquímica que realmente se desea en las pilas recargables. En otras palabras, la capacidad útil de la pila disminuye porque los iones de litio ya no pueden "acoplarse" a la superficie cubierta por los depósitos, sino sólo a las zonas que no están afectadas por ellos.

"A mayor SOC, hay mayor voltaje, las reacciones negativas que se repiten en el electrolito se aceleran, consumiendo el inventario de litio", dijeron los autores. "El ciclado cerca del máximo de carga (75%-100% SOC) es perjudicial para las células de LFP/grafito. Nuestros resultados muestran una correlación entre el SOC medio de funcionamiento de la batería y la tasa de desvanecimiento de la capacidad, lo que significa que cuanto menor sea el SOC medio, mayor será la vida útil [...] Por lo tanto, es fundamental minimizar el tiempo de ciclado en estados de carga elevados."

Una cosa está clara: esta investigación contradice las recomendaciones de los fabricantes de automóviles de cargar las baterías LFP al 100% con regularidad. En el manual de las versiones LFP del Model 3 y el Model Y, Tesla recomienda cargar el vehículo al 100% al menos una vez a la semana, mientras que Ford recomienda hacerlo una vez al mes.

Este "conflicto" se explica fácilmente: para el estudio, el equipo de investigación sólo analizó la vida útil o la retención de capacidad dentro de la célula LFP, mientras que los fabricantes de vehículos se centran en todo el coche y en el beneficio para el cliente, en este caso, el sistema de gestión de la batería (BMS), por ejemplo. Ahí es donde entra en juego la mencionada curva de tensión diferente de las celdas LFP. Los sistemas de baterías LFP deben calibrarse regularmente debido a la curva de tensión más plana para que el BMS tenga un punto fijo. En teoría, también sería posible en estado vacío, es decir, con un SoC del cero por ciento. Sin embargo, es difícil convencer a los clientes de que conduzcan su coche eléctrico completamente vacío una vez a la semana o al mes; cargarlo al 100% es más fácil de comunicar. El BMS conoce entonces el nivel de carga exacto de todas las células y puede especificar posteriormente el nivel de carga y la autonomía restante con mayor precisión.

La conclusión de los autores del estudio también debe considerarse en este contexto. Por un lado, los resultados muestran que el funcionamiento con niveles de carga de cero a 25% prolonga la vida útil de la célula de la batería LFP. Por otro lado, escriben: "Existe claramente un compromiso entre la capacidad útil y la retención de capacidad. [...] No es realista recomendar el ciclado de las pilas LFP sólo entre 0%-25% SoC, porque eso es un desperdicio de capacidad".

Por ello, los autores recomiendan no cambiar los hábitos de carga. Es posible que hallazgos como éste -después de todo, el investigador de baterías de Tesla Jeff Dahn también participa en el estudio- contribuyan a que los fabricantes de automóviles adapten algún día sus recomendaciones de carga.

iop.org (estudiar como PDF), insideevs.de