Durante décadas, los científicos han creído que la inevitable acumulación de película en los electrodos de las baterías recargables es responsable de la degradación del rendimiento. Pero un estudio reciente realizado en Estados Unidos encontró que en realidad hay otras razones detrás de la disminución del rendimiento. Un equipo de investigación del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico (PNNL) del Departamento de Energía de EE. UU. ha descubierto que la acumulación de depósitos de metal litio en estructuras cubiertas de musgo o en forma de árboles en los electrodos de las baterías no es la causa fundamental de la degradación del rendimiento, sino más bien un efecto secundario.

Sus últimos hallazgos se publicaron recientemente en la revista Nature Energy.


Sus resultados muestran que la llamada interfaz de electrolito sólido (SEI) no es un aislante electrónico como se pensaba hasta ahora, sino que se comporta como un semiconductor. El SEI actúa como un guardián, permitiendo que los iones de litio entren y salgan libremente del ánodo. Los científicos se han centrado durante mucho tiempo en estudiar esta capa SEI, que a pesar de ser más delgada que una hoja de papel, desempeña un papel muy importante en el rendimiento de la batería.

El SEI se forma durante el primer ciclo de carga cuando la batería aún es nueva e idealmente permanece estable durante la vida útil esperada de la batería. Pero mirar dentro de una batería recargable vieja generalmente revela una gran acumulación de litio sólido en el electrodo negativo. Los investigadores de baterías creen que esta acumulación conduce a una degradación del rendimiento. Pero hasta ahora ha sido imposible medir la causa y el efecto.

En su última investigación, resolvieron este problema desarrollando una nueva técnica para medir directamente la conductividad de SEI en sistemas experimentales. El equipo combinó la microscopía electrónica de transmisión con la manipulación a nanoescala de agujas metálicas microfabricadas dentro del microscopio. Luego, los investigadores midieron las propiedades eléctricas de las capas SEI formadas sobre cobre o litio metálico utilizando cuatro tipos diferentes de electrolitos.


Al hacerlo, resolvieron un antiguo misterio sobre cómo funciona SEI en funcionamiento con batería. Las mediciones del equipo mostraron que a medida que aumentaba el voltaje de la celda, la capa SEI perdía electrones en todos los casos, haciéndola semiconductora. Además, los componentes orgánicos que contienen carbono de la capa SEI pierden electrones fácilmente y acortan la vida útil de la batería.

"Una mayor conductividad conduce a un SEI más espeso y a formas complejas de litio sólido, lo que en última instancia conduce a un peor rendimiento de la batería", dijo Chongmin Wang, investigador de laboratorio del PNNL y experto en tecnología de baterías que codirigió el estudio.

En este punto, los investigadores concluyeron que minimizar los componentes orgánicos en el SEI daría como resultado una mayor duración de la batería.

"Incluso pequeños cambios en la velocidad de conducción a través del SEI pueden generar enormes diferencias en la eficiencia y la estabilidad del ciclo de la batería", añadió Wang.