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Un gran avance en la comprensión de la degradación de las baterías podría revolucionar la industria del automóvil eléctrico

On julio 5, 2024 , updated on julio 5, 2024 — baterias, coches eléctricos, comprensión, degradación, industria automovilística - 5 minutes to read

En el campo de los vehículos eléctricos acaba de surgir un avance esencial: una mejor comprensión de la degradación de las baterías. Este descubrimiento promete revolucionar la industria automovilística al ofrecer soluciones más sostenibles y eficientes para los coches eléctricos.

Una investigación reciente realizada por el Laboratorio Nacional Argonne, en colaboración con el Departamento de Energía de los Estados Unidos, ha identificado por qué los cátodos de las baterías de los vehículos eléctricos se degradan rápidamente. Estos descubrimientos bien podrían allanar el camino para futuras innovaciones en este campo.
Las baterías de iones de litio son esenciales para los vehículos eléctricos y su rendimiento futuro depende en gran medida de las mejoras en los cátodos. Los cátodos de óxido de cobalto, manganeso y níquel (NMC) ricos en níquel tienen un alto potencial de capacidad. Sin embargo, se degradan rápidamente después de varios ciclos de carga y descarga, un problema importante para su durabilidad.
Los científicos han descubierto que la degradación de los cátodos NMC ricos en níquel se debe a la ruptura de los enlaces entre los cristales durante los ciclos de carga. Para solucionar este problema se han probado cátodos monocristalinos. En teoría, no deberían encontrar este problema. Sin embargo, incluso estos cátodos mostraron signos de fallo prematuro.
Para comprender mejor este fenómeno, los investigadores han desarrollado un método de análisis revolucionario que combina difracción de rayos X a gran escala y microscopía electrónica de alta resolución. Esto permitió observar cambios en la estructura de los cristales en diferentes etapas de carga, revelando procesos de expansión, rotación y contracción, alterando así el orden atómico inicial.
Las observaciones reveladas por este método de análisis pusieron de relieve cómo las tensiones inducidas por los ciclos de carga alteran irreversiblemente la estructura de los cátodos, provocando una reducción notable de sus prestaciones. Las rotaciones de las estructuras cristalinas, inicialmente pequeñas, se vuelven más severas con el tiempo, exacerbando la degradación.
Estos hallazgos son cruciales para el desarrollo futuro de cátodos más duraderos y eficientes. Allanan el camino para optimizar los materiales de las baterías, con el potencial de aumentar la autonomía de los vehículos eléctricos y al mismo tiempo reducir los costes. Al identificar las causas fundamentales de la degradación, los investigadores ahora pueden trabajar en soluciones estructurales para mejorar el rendimiento y la vida útil de la batería.
Este trabajo, publicado en la revista Science, proporciona una valiosa hoja de ruta para superar los desafíos de sostenibilidad de las baterías de iones de litio y promete avances significativos en el rendimiento de las tecnologías de baterías para vehículos eléctricos en el futuro.

Una investigación reciente realizada por el Laboratorio Nacional Argonne, en colaboración con el Departamento de Energía de los Estados Unidos, ha identificado las razones por las que Los cátodos de las baterías de vehículos eléctricos. deteriorarse rápidamente. Estos descubrimientos bien podrían allanar el camino para futuras innovaciones en este campo.

La promesa y los desafíos de los cátodos ricos en níquel

Las baterías de iones de litio son esenciales para los vehículos eléctricos y su rendimiento futuro depende en gran medida de las mejoras en cátodos. Los cátodos de óxido de cobalto, manganeso y níquel (NMC) ricos en níquel tienen un alto potencial de capacidad. Sin embargo, se degradan rápidamente después de varios ciclos de carga y descarga, un problema importante para su durabilidad.

El problema de la microestructura

Los científicos han descubierto que la degradación de cátodos NMC ricos en níquel Se debe a la ruptura de los enlaces entre los cristales durante los ciclos de carga. Para solucionar este problema se han probado cátodos monocristalinos. En teoría, no deberían encontrar este problema. Sin embargo, incluso estos cátodos mostraron signos de fallo prematuro.

Un método de diagnóstico innovador

Para comprender mejor este fenómeno, los investigadores han desarrollado un método de análisis revolucionario que combina difracción de rayos X a gran escala y microscopía electrónica de alta resolución. Esto permitió observar cambios en la estructura de los cristales en varias etapas de carga, revelando procesos de expansión, rotación y contracción, alterando así el orden atómico inicial.

Las consecuencias de los descubrimientos

Las observaciones reveladas por este método de análisis han puesto de relieve cómo las tensiones inducidas por los ciclos de carga alteran irreversiblemente la estructura de los cátodos, provocando una reducción notable de sus prestaciones. Las rotaciones de las estructuras cristalinas, inicialmente pequeñas, se vuelven más severas con el tiempo, exacerbando la degradación.

Hacia baterías más duraderas

Estos hallazgos son cruciales para el futuro desarrollo de cátodos más duradero y eficiente. Allanan el camino para optimizar los materiales de las baterías, con el potencial de aumentar la autonomía de los vehículos eléctricos y al mismo tiempo reducir los costes. Al identificar las causas fundamentales de la degradación, los investigadores ahora pueden trabajar en soluciones estructurales para mejorar el rendimiento y la vida útil de la batería.

Este trabajo, publicado en la revista Science, proporciona una valiosa hoja de ruta para superar los desafíos de sostenibilidad de las baterías de iones de litio y promete avances significativos en el rendimiento de las tecnologías de baterías para vehículos eléctricos en el futuro.