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Investigadores del KAIST observaron en tiempo real la degradación del litio metálico a escala nanométrica e identificaron cómo superficies irregulares forman «litio muerto», reduciendo rendimiento, seguridad y autonomía de la batería en vehículos eléctricos
Imágenes en tiempo real realizadas por investigadores del KAIST identificaron una causa central para la pérdida de autonomía de la batería en vehículos eléctricos: la degradación irregular del ánodo metálico de litio durante ciclos de carga y descarga.
El equipo liderado por el profesor Seungbum Hong, observó el proceso a escala nanométrica, equivalente a 1/100.000 del grosor de un cabello humano. El estudio fue publicado en ACS Energy Letters.
El descubrimiento se señala como una pista importante para ampliar la autonomía de conducción de los vehículos eléctricos y la vida útil de las baterías. El trabajo también indica dirección para acelerar la comercialización de baterías de próxima generación.
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La autonomía de la batería depende de la forma inicial del litio
El metal litio es llamado «material de batería de ensueño» por su densidad de energía superior a la de las baterías convencionales. A pesar de esto, la rápida caída de rendimiento tras cargas y descargas aún limita su uso comercial.
El problema ocurre cuando el litio es depositado o removido de manera irregular. En esta condición, puede surgir el llamado «litio muerto», material eléctricamente desconectado que reduce el rendimiento y crea riesgos a la seguridad.
Para seguir este proceso, los investigadores usaron microscopía electroquímica de fuerza atómica in situ, técnica capaz de observar en tiempo real el interior de la batería. El método permitió rastrear la deposición, llamada revestimiento, y la remoción, conocida como descascarillado.
El análisis mostró que la reacción del litio no ocurre de manera uniforme en toda la superficie. En lugar de eso, ocurre selectivamente en puntos específicos, revelando fragilidades que explican la pérdida de autonomía de la batería.
Puntos porosos forman vacíos y aceleran la degradación
En las regiones porosas, con superficies ásperas, los investigadores verificaron que vacíos se formaban con facilidad cuando el litio era removido. Este proceso favorecía la creación de litio muerto, que quedaba eléctricamente aislado.
Este fenómeno fue identificado como causa directa de la caída repentina en el rendimiento. La importancia del estudio radica en mostrar dónde y cómo las baterías de litio metálico sufren daños en funcionamiento.
La investigación también demostró que la morfología inicial, es decir, el modo en que el litio se forma por primera vez, es una variable decisiva para la vida útil a largo plazo de la batería.
Con esto, el control uniforme y preciso de la superficie donde el litio se forma surge como camino para mejorar la vida útil, estabilidad y autonomía de la batería. Hong afirmó que la investigación confirma la causa de la degradación en nanoescala.
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