VS: els investigadors troben un defecte clau que limita el rendiment ràpid de la bateria

Crear cotxes elèctrics de càrrega ràpida és una espasa de doble tall. D'una banda, la reducció del temps de recàrrega des de hores a minuts és un pas crucial per fer que els VE siguin atractius per als consumidors: ningú no vol esperar a la bomba durant una hora i mitja. Però la investigació també ha trobat que la recàrrega ràpida de la bateria d’un cotxe dificulta el seu rendiment.

Empreses com Tesla i Porsche es troben en el primer pla per resoldre aquest problema, intentant atraure els consumidors cap als seus vehicles elèctrics amb temps de càrrega "ultra-ràpids". Però accelerar el procés de recàrrega de bateries de ions de liti crea una reacció química, coneguda com a recobriment de liti, que pot deteriorar dràsticament la bateria del cotxe amb el pas del temps. Afortunadament, un grup de científics nord-americans ha aprofitat el poder de la tecnologia de raigs X per entendre millor el fenomen per tal de desenvolupar millors bateries en el futur.

L’estudi, publicat a la revista Energia i ciències ambientals, va examinar específicament les bateries de ions de liti recarregables de cèl·lules de moneda amb elèctrodes de grafit o els components de la cèl·lula carregats positivament i negativament. Mitjançant una tècnica coneguda com a difracció de raigs X dispersiva d'energia, els investigadors van poder capturar una "pel·lícula" de les bateries començant a funcionar malament durant la càrrega ràpida. Això els va donar una imatge clara de com es podria produir el recobriment de liti a les cèl·lules molt més grans que eventualment es farien servir per alimentar els cotxes i els telèfons intel·ligents.

Els investigadors també van descobrir que l'electròlit, o el líquid de les bateries de ions de liti que porta càrrega entre els elèctrodes, tendeix a solidificar-se a prop del separador, una membrana entre els elèctrodes d'una cèl·lula. Daniel Abraham, científic de bateries del Departament d'Energia dels Estats Units i coautor de l'estudi, explica com això va permetre als investigadors entendre millor exactament el que causa aquest ràpid deteriorament.

"Podria esperar-ho només pel sentit comú", va dir en un comunicat. "Però veient exactament com es distribueix el liti dins de l’elèctrode, estem guanyant la capacitat de determinar amb precisió la manera no homogènia de l’edat de la bateria".

Resulta que el liti fa que l’estructura cristal·lina del grafit s’expandeixi, donant lloc a un petit dipòsit de metall a prop del separador. Al cap d'una estona, aquesta acumulació comença a interferir amb la capacitat general de la cel·la, reduint el rang del cotxe o la durada total de la bateria del telèfon.

Actualment, l’única manera d’evitar el recobriment de liti és evitar el sobre-tensió, segons el Centre de bateries UPS. Això no és exactament compatible amb la missió de la indústria EV que algun dia complir els nostres somnis de càrrega ràpida. Però això es podria resoldre si els científics de la bateria trobessin una manera de substituir el grafit per un material menys cristal·lí.

Ara que Abraham i els seus col·legues han descobert la forma d’observar el recobriment de liti, tenen la intenció d’estudiar les bateries de piles més grans que es troben en vehicles elèctrics i telèfons intel·ligents. D'aquesta manera, poden treballar cap a solucions específiques per crear bateries de llarga durada, que també poden cobrar ràpidament, un desenvolupament que, un cop aconseguit, segur que enviarà ones de xoc a diverses indústries.