REVISTA DYNA ENERGÍA

Las baterías de iones de litio están presentes en una gran variedad de dispositivos electrónicos, como teléfonos móviles, patinetes, tabletas y ordenadores portátiles, entre otros. Y, por supuesto, también en los coches eléctricos.

No cabe ninguna duda de que este tipo de baterías ofrecen una serie de importantes ventajas. Sin embargo, por desgracia, no siempre pueden mantener su rendimiento durante todo el tiempo que sería deseable. Una de las razones de la perdida de rendimiento de las baterías de litio es que el litio puede volverse inactivo o “muerto”. Este litio inactivo puede causar tanto una pérdida de rendimiento de la batería como un incremento sin control de la temperatura de la batería, lo que a la larga puede acabar acortando considerablemente la vida útil de la misma.

Para resolver este problema, un grupo de investigadores de la Universidad de Tecnología de Zhejiang y del Laboratorio Nacional Argonne ha trabajado en una estrategia basada en reacciones redox del yodo.

Recientes investigaciones han demostrado que las primeras horas de funcionamiento de una batería de litio resultan fundamentales para su posterior rendimiento. Es en esos momentos, cuando tienen lugar los primeros ciclos de carga de las baterías, cuando en el ánodo de la batería se forma una capa denominada interfase de electrolito sólido (SEI, por sus siglas en inglés). Esta interfase cumple una función fundamental en la celda ya que es la responsable de que pasen unas partículas y no otras.

En la típica celda de las baterías de iones de litio con ánodo de grafito, la SEI suele estar compuesta por LiF mezclado con Li2CO3, carbonato de alquilo y otras sustancias. Sin embargo, en el caso de las baterías de ánodo de litio metálico, investigaciones recientes han probado que la SEI se compone principalmente de Li2O y no de LiF. Se ha comprobado también que en estas baterías el cambio del volumen del revestimiento de Li puede afectar a la integridad mecánica y a la función pasivante de la SEI basada en Li2O, lo que en última instancia conduce a la formación de “litio muerto”.

A la luz de estas conclusiones, algunas investigaciones pasadas probaron distintas técnicas para intentar mejorar el rendimiento de las baterías con ánodos de litio metálico. Sin embargo, encontraron que a la larga exponer a la SEI a daños y reparaciones continuas podía acabar comprometiendo el rendimiento de la batería.

Para resolver la cuestión de la recuperación del litio “muerto”, los investigadores de la Universidad de Zhejiang y del Laboratorio Nacional Argonne buscaron cuantificar la cantidad de Li2O que se forma en la capa SEI de los ánodos de litio metal. Además, investigaron el papel de los SEI inactivos en la producción de litio metálico “muerto” eléctricamente aislado.

Las evidencias que encontraron les permitieron concluir que las principales causas de la pérdida de rendimiento de las baterías de litio metal son la pérdida de litio en la SEI y los restos de litio “muerto”.

Para solucionar esta cuestión, desarrollaron un método de restauración del litio basado en una serie de reacciones redox del yodo, reacciones que involucran principalmente al par I3 – / I-. Utilizando una capsula de biocarbón (biochar) para albergar el iodo, comprobaron que las reacciones redox I3 – / I- ocurrían de forma espontánea, rejuveneciendo el litio “muerto” y compensando así las pérdidas de litio.

Utilizando la estrategia que habían desarrollado, crearon una celda de batería completa con una reducida cantidad de litio en el ánodo. El resultado del experimento fue completamente satisfactorio. La celda creada tuvo una vida útil de 1.000 ciclos y logró una eficiencia coulómbica (EC) del 99 %.
Para evaluar mejor la efectividad de su estrategia de recuperación del litio, los investigadores combinaron el ánodo con cátodos comerciales y crearon una puch cell. Esta celda consiguió resultados prometedores, tanto en lo que respecta a eficiencia como a ciclo de vida.

Con el tiempo, esta estrategia podría permitir desarrollar baterías con ánodos de litio metálico más eficientes y más duraderas. Además, esta estrategia también se podría emplear para alargar el ciclo de vida de las baterías actuales.