Con Tesla a la cabeza, el mercado de los vehículos eléctricos está creciendo en todo el mundo.
A diferencia de los autos convencionales que utilizan motores de combustión interna, los coches eléctricos funcionan únicamente con baterías de iones de litio, por lo que el rendimiento de la batería define el rendimiento global del auto. Sin embargo, los tiempos lentos de carga y la poca potencia son todavía barreras que hay que superar. A la luz de esto, un equipo de investigación de POSTECH ha desarrollado recientemente un material de batería de carga más rápida y de mayor duración para los coches eléctricos.
Los equipos de investigación del Profesor Byoungwoo Kang y el Dr. Minkyung Kim del Departamento de Ciencia de Materiales e Ingeniería de POSTECH y el Profesor Won-Sub Yoon del Departamento de Ciencia Energética de la Universidad de Sungkyunkwan han demostrado por primera vez que al cargar y descargar los materiales de los electrodos de las baterías de ion litio, se puede producir una gran potencia reduciendo significativamente el tiempo de carga y descarga sin disminuir el tamaño de las partículas. Estos resultados de la investigación se publicaron en la revista Energy & Environmental Science.
Para la carga y descarga rápida de las baterías de ion litio, hasta ahora se han utilizado métodos que reducen el tamaño de las partículas de los materiales de los electrodos. Sin embargo, la reducción del tamaño de las partículas tiene la desventaja de disminuir la densidad de energía volumétrica de las baterías.
A este respecto, el equipo de investigación confirmó que, si se forma una fase intermedia en la transición de fase durante la carga y la descarga, se puede generar una gran potencia sin perder la alta densidad de energía o reducir el tamaño de las partículas mediante una carga y descarga rápidas, lo que permite el desarrollo de baterías de iones de litio de larga duración.
En el caso de los materiales de separación de fases que pasan por el proceso de creación y crecimiento de nuevas fases durante la carga y descarga, existen dos fases con volúmenes diferentes dentro de una sola partícula, lo que da lugar a muchos defectos estructurales en la interfaz de ambas. Estos defectos inhiben el crecimiento rápido de una nueva fase dentro de la partícula, impidiendo la carga y descarga rápidas.
Utilizando el método de síntesis desarrollado por el equipo de investigación, se puede inducir una fase intermedia que actúa como un buffer estructural que puede reducir drásticamente el cambio de volumen entre las dos fases de una partícula.
Además, se ha confirmado que esta fase intermedia puede ayudar a crear y hacer crecer una nueva fase dentro de la partícula, mejorando la velocidad de inserción y eliminación del litio en la partícula. Esto a su vez demostró que la formación de la fase intermedia puede aumentar drásticamente la velocidad de carga y descarga de la célula creando una reacción electroquímica homogénea en el electrodo. Como resultado, los electrodos de las baterías de ion litio sintetizados por el equipo de investigación cargan hasta el 90% en seis minutos y descargan el 54% en 18 segundos, una señal prometedora para el desarrollo de baterías de ion litio de alta potencia.
“El método convencional siempre ha sido un compromiso entre su baja densidad de energía y la rápida velocidad de carga y descarga debido a la reducción del tamaño de las partículas”, señaló el profesor Byoungwoo Kang, el autor correspondiente del trabajo. Explicó: “Esta investigación ha sentado las bases para el desarrollo de baterías de iones de litio que pueden alcanzar una rápida velocidad de carga y descarga, una alta densidad de energía y un rendimiento prolongado”.
