Los más jóvenes no lo recordarán, pero no hace tanto, cuando los actuales smartphones táctiles ni existían, estrenar un teléfono móvil conllevaba todo un ritual. Antes de ponerlo en marcha, se recomendaba ponerlo a cargar durante muchas horas con el propósito de mejorar la duración y alargar la vida útil de su batería. La primera carga era, por tanto, transcendental. Pues bien, algo similar podría condicionar a las actuales baterías de los vehículos eléctricos.
Por lo general, los fabricantes cargan las baterías por primera vez a un ritmo lento, siguiendo una filosofía similar a la que existía con aquellos terminales móviles. De manera muy simplificada, cada vez que una batería se carga y se descarga, una pequeña parte de los iones de litio se desactiva, siendo esta una de las cualidades que degradan las baterías. Por ello, si la primera carga se hacía de manera lenta se perdería el menor litio posible. Sin embargo, esta teoría acaba de ponerse patas arriba.
Según un estudio recientemente publicado en la revista científica Joule, cargar las baterías de iones de litio con una corriente alta justo antes de salir de la fábrica aumenta la vida útil de las baterías en un 50%. Es decir, si en lugar de cargar completamente la batería por primera vez con una corriente baja y durante diez horas se hace lo mismo con una corriente alta en un tiempo de 20 minutos, la vida útil de la batería se alarga considerablemente.
"La formación es el paso final del proceso de fabricación, por lo que si falla, todo el valor y el esfuerzo invertido en la batería hasta ese momento se desperdician", indica Xiao Cui investigador principal del estudio.
Perder más litio a propósito
Para demostrarlo, los investigadores del Centro de Baterías SLAC-Stanford, en colaboración con investigadores del Toyota Research Institute (TRI), el Massachusetts Institute of Technology y la Universidad de Washington, pusieron a prueba 186 baterías de iones de litio recién salidas de fábrica mediante 62 protocolos distintos de carga (con diferentes corrientes y temperaturas) y las sometieron al mismo estrés.
"Aquí, no solo queríamos identificar la mejor receta para fabricar una buena batería; queríamos entender cómo y por qué funciona. Esta comprensión es crucial para encontrar el mejor equilibrio entre el rendimiento de la batería y la eficiencia de fabricación", señala el profesor Will Chueh, quien dirige el equipo del SLAC-Stanford.
Estos experimentos permitieron a los investigadores comprobar cómo ese litio que se perdía durante la primera carga pasaba a formar parte de una capa blanda —denominada interfaz electrolítica sólida o SEI— que recubre el electrodo negativo de la batería. Pero esta excesiva acumulación —en comparación con la carga lenta— no sería negativa, ya que este SEI protege el electrodo negativo de reacciones secundarias que, de otra forma, acelerarían la pérdida de litio y la consiguiente degradación de la batería a largo plazo.
El investigador Cui lo ejemplifica de la siguiente forma: desactivar más iones de litio en la primera carga es como sacar agua de un cubo lleno antes de transportarlo. El espacio libre adicional en el barreño reduce la cantidad de agua que salpica en el camino. De manera similar, desactivar más iones de litio durante la formación libera espacio libre en el electrodo positivo y permite que el electrodo realice su ciclo de manera más eficiente, mejorando el rendimiento posterior.
Para Steven Torrisi, investigador del TRI que colaboró ??en la investigación, los resultados tienen implicaciones prácticas no solo para la fabricación de baterías de vehículos eléctricos y la red eléctrica, sino también para otras tecnologías. "Es posible que podamos transferir lo que hemos aprendido a nuevos procesos, instalaciones, equipos y químicas de baterías en el futuro".