Las baterías de ión – litio son conocidas por ser muy versátiles y atractivas como sistema de almacenamiento de energía en el emergente sector de la movilidad eléctrica. Esto se debe fundamentalmente a su capacidad de almacenar mucha energía en poco peso y a sus excelentes propiedades de ciclabilidad comparado con las otras tipologías de baterías. A diferencia de las baterías de plomo o de níquel, cuyas cargas y descargas conllevan cambios sustanciales en el volumen y estructura de las especies implicadas, las baterías de ión – litio basan su funcionamiento en la intercalación y desintercalación de iones litio en huecos situados en la estructura de los electrodos, siendo un procedimiento más “blando” que evita la degradación de los mismos y asegura buenas prestaciones de ciclado.

Medidas del estado de salud

Esto resulta beneficioso para el funcionamiento de las baterías, pero dificulta las medidas de control de su estado y también alarga la determinación de la duración en las aplicaciones emergentes que están apareciendo recientemente. Actualmente no se dispone de técnicas rápidas que proporcionen información fiable sobre las condiciones de las baterías en unos pocos días o semanas. Esto es debido a que las prestaciones que proporcionan son tan buenas que, si se espera que duren alrededor de 2000 ciclos, se les podría atribuir una retención de la capacidad por encima del 99.99% por cada ciclo de carga y descarga, por lo que, con las técnicas que se disponen en la actualidad y con la precisión de los equipos disponibles, resulta muy difícil la medición de estos parámetros en unos pocos ciclos.

Métodos avanzados de ensayos de baterías

Un equipo de investigación de la Unidad de Procesos Electroquímicos de IMDEA Energía está desarrollando metodologías de ensayo de baterías LIB mas allá de los estándares habituales, enfocadas a proporcionar información rápida sobre el estado de salud y las prestaciones, y poder así predecir la durabilidad en diferentes condiciones de operación, lo cual es especialmente relevante para una mejor comprensión de los futuros desarrollos de este tipo de baterías.

En este sentido, dentro del marco del proyecto europeo Nanobat, se ha propuesto una metodología nueva, económica y de fácil implementación para analizar la calidad de la Interfase de Electrolito Sólido (SEI) en el electrodo negativo de baterías LIBs y predecir por tanto la vida útil de las baterías.

La duración de las baterías de ión – litio está limitada por la degradación de la Interfase de Electrolito Sólido (SEI Solid Electrolyte Interphase, en sus siglas en inglés), que consiste en una capa pasiva que recubre la superficie del electrodo negativo de la mayoría de las baterías basadas en ión – litio. Tras muchos ciclos de carga y descarga, tiende a descomponerse consumiendo el litio contenido en el electrolito y reduciendo por tanto la capacidad de almacenamiento.

La técnica propuesta consiste en agregar una molécula en el electrolito que actúa como mediador redox provocando un proceso interno de autodescarga que es inversamente proporcional a las características aislantes de la capa SEI. Por lo tanto, la presencia del mediador redox amplifica el impacto de los posibles defectos de la película SEI en la eficiencia coulómbica, de forma que pueden ser rápidamente detectados incluso si se utilizan equipos convencionales o de baja precisión.

Potencial aplicabilidad

Los hallazgos basados en la aplicación de este Método coulométrico se pueden usar para estudios de envejecimiento de baterías y modelado a fin de desarrollar y optimizar métodos avanzados de ensayos de baterías.

Los resultados de esta investigación se han publicado recientemente en la revista ACS Applied Materials & Interfaces,

Más información: https://doi.org/10.1021/acsami.2c11992