Las baterías pierden capacidad con el tiempo, razón por la cual los teléfonos móviles más antiguos se agotan más rápidamente.Sin embargo, este fenómeno común no se comprende del todo.

Ahora, un equipo internacional de investigadores, dirigido por un ingeniero de la Universidad de Colorado Boulder, ha revelado el mecanismo subyacente detrás de dicha degradación de la batería.Su descubrimiento podría ayudar a los científicos a desarrollar mejores baterías, lo que permitiríavehículos eléctricosfuncionar más lejos y durar más tiempo, al mismo tiempo que se avanzan en tecnologías de almacenamiento de energía que acelerarían la transición a energías limpias.

Los hallazgos fueronpublicado12 de septiembre en la revista.Ciencia.

"Estamos ayudando a avanzar en las baterías de iones de litio al descubrir los procesos a nivel molecular involucrados en su degradación", dijo Michael Toney, autor correspondiente del artículo y profesor del Departamento de Ingeniería Química y Biológica."Tener una mejor batería es muy importante para cambiar nuestra infraestructura energética de combustibles fósiles a másfuentes de energía renovables".

Los ingenieros han estado trabajando durante años en el diseño de baterías de iones de litio, el tipo más común de baterías recargables, sin cobalto.El cobalto es un mineral raro y caro, y su proceso de extracción se ha relacionado con graves preocupaciones ambientales y de derechos humanos.En la República Democrática del Congo, que suministra más de la mitad del cobalto del mundo, muchos mineros son niños.

Hasta ahora, los científicos han intentado utilizar otros elementos como el níquel y el magnesio para sustituir al cobalto enbaterías de iones de litio.Pero estas baterías tienen tasas de autodescarga aún mayores, que ocurre cuando las reacciones químicas internas de la batería reducen la energía almacenada y degradan su capacidad con el tiempo.Debido a la autodescarga, la mayoría de las baterías de vehículos eléctricos tienen una vida útil de siete a diez años antes de que sea necesario reemplazarlas.

Toney, que también es miembro del Instituto de Energía Renovable y Sostenible, y su equipo se propusieron investigar la causa de la autodescarga.En una batería de iones de litio típica, los iones de litio, que transportan cargas, se mueven de un lado de la batería, llamado ánodo, al otro lado, llamado cátodo, a través de un medio llamado electrolito.

Durante este proceso, el flujo de estos iones cargados forma unacorriente eléctricaque alimenta los dispositivos electrónicos.Cargar la batería invierte el flujo de iones cargados y los devuelve al ánodo.

Anteriormente, los científicos pensaban que las baterías se descargaban automáticamente porque no todos los iones de litio regresaban al ánodo cuando se cargaban, lo que reducía la cantidad de iones cargados disponibles para formar la corriente y proporcionar energía.

Utilizando la Fuente Avanzada de Fotones, una potente máquina de rayos X, en el Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. en Illinois, el equipo de investigación descubrió que las moléculas de hidrógeno del electrolito de la batería se trasladarían al cátodo y ocuparían los puntos a los que normalmente se unen los iones de litio.a.Como resultado, los iones de litio tienen menos lugares donde unirse en el cátodo, lo que debilita la corriente eléctrica y disminuye la capacidad de la batería.

El transporte es la mayor fuente de gases de efecto invernadero generados en EE. UU. y representa el 28 % de las emisiones del país en 2021. En un esfuerzo por reducir las emisiones, muchos fabricantes de automóviles se han comprometido a dejar de desarrollar automóviles de gasolina para producir más vehículos eléctricos.

Pero los fabricantes de vehículos eléctricos enfrentan una serie de desafíos, que incluyen una autonomía de conducción limitada, mayores costos de producción y una vida útil más corta de la batería que los vehículos convencionales.En el mercado estadounidense, un automóvil típico totalmente eléctrico puede recorrer unas 250 millas con una sola carga, aproximadamente el 60% de lo que hace un automóvil de gasolina.El nuevo estudio tiene el potencial de abordar todas estas cuestiones, afirmó Toney.

"Todos los consumidores quieren automóviles con una gran autonomía. Algunas de estas baterías con bajo contenido de cobalto pueden proporcionar potencialmente una mayor autonomía.campo de prácticas, pero también debemos asegurarnos de que no se desmoronen en un corto período de tiempo", dijo, señalando que reducir el cobalto también puede reducir los costos y abordar las preocupaciones de derechos humanos y justicia energética.Con una mejor comprensión del mecanismo de autodescarga, los ingenieros pueden explorar algunas formas de prevenir el proceso, como recubrir el cátodo con un material especial para bloquear las moléculas de hidrógeno o usar un electrolito diferente.

"Ahora que entendemos qué causa la degradación de las baterías, podemos informar a la comunidad química de baterías sobre lo que se debe mejorar al diseñar baterías", dijo Toney.

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