El secreto del envejecimiento de la batería

La autonomía de la batería siempre ha sido una preocupación para los investigadores, porque no importa qué tan grande sea la batería, no tiene sentido no cargarla varias veces. Todos sabemos que las baterías de litio reducirán la capacidad durante el uso, pero nadie sabe el motivo. Recientemente, el Departamento de Energía de EE. UU. Descubrió la causa del envejecimiento de las baterías: cristales a nanoescala.

Los investigadores han estudiado cuidadosamente los materiales del cátodo y los materiales del cátodo de las baterías modernas y han descubierto que estos materiales se corroen directamente durante el uso, pero el mecanismo de corrosión aún no está claro. El equipo del Laboratorio Nacional de Brookhaven estudió cátodos de níquel-oxígeno de alta calidad bajo un microscopio electrónico de transmisión y registró sus cambios durante la carga y descarga repetidas.

Cuanto más usas, menos usas

Los experimentos han demostrado que cuando los iones de litio pasan a través de los electrodos positivo y negativo, se atascan en el canal de iones y reaccionan con el óxido de níquel para formar cristales diminutos. Estos cristales cambiarán la estructura interna de la batería para que otros iones no puedan reaccionar de manera efectiva, reduciendo así la capacidad utilizable de la batería. Sorprendentemente, esta debilidad es aleatoria, no regular.

La razón por la que las baterías de litio son imperfectas es que sus componentes son imperfectos. No importa cómo prestemos atención a la estructura del ánodo y el cátodo, habrá un ligero daño en el cristal. Al igual que el agua hirviendo, una superficie irregular hace que el agua caliente tenga más probabilidades de formar espuma. Se cree que cuando hay una brecha en los datos de la batería, aparecerán nanocristales.

Cuanto más usas, menos usas

Flecha izquierda: canal de iones de litio; la derecha es la capa de pérdida atómica

La Agencia de Energía de EE. UU. También lanzó un segundo estudio sobre el impacto de la velocidad de carga en la capacidad de la batería. Descubrieron que las baterías modernas son cada vez más pequeñas, lo que a su vez reduce su vida útil. Cuanto más grande sea la batería y más rápido se cargue, más lenta será la tasa de formación de nanocristales.

Entonces, ¿cómo podemos detener la aparición de nanocristales? Al menos déjalo ir más despacio. Hay una solución teórica. Los investigadores encontraron que al usar la deposición atómica, pueden llenar los vacíos en los datos de la batería, lo que al menos puede ralentizar el desarrollo de nanocristales. Esto reduce el dolor, pero al menos permite que la batería se encoja sin sacrificar la capacidad. Por supuesto, los investigadores también están estudiando formas de romper cristales y regenerar baterías viejas.

Esta investigación puede ser más valiosa que la nueva capacidad de la batería. En el caso del hardware, la vida útil del producto depende del número de cargas y descargas. Ahora, debido a que el sistema de energía utilizado por muchos hardware no se puede apagar, esta investigación puede ayudarnos a dejar de ser esclavos del poder.
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