Posible camino hacia automóviles eléctricos más seguros y con más autonomía

El níquel parece tener un futuro brillante en las baterías de vehículos eléctricos: Es más abundante y fácil de obtener que el cobalto, hoy ampliamente utilizado, y su mayor densidad de energía significa mayores distancias de conducción entre recargas. Sin embargo, el níquel es menos estable que otros materiales en cuanto a ciclo de vida, estabilidad térmica y seguridad.

Ese obstáculo podría salvarse pronto siguiendo el camino que ha abierto un estudio reciente, en el cual se ha profundizado en los cátodos basados en níquel. El cátodo es uno de los dos electrodos que permiten el almacenamiento de energía en baterías.

El estudio lo ha realizado un equipo integrado, entre otros, por Zehao Cui y Arumugam Manthiram, ambos de la Universidad de Texas en Austin, Estados Unidos.

Los cátodos ricos en níquel tienen el potencial de revolucionar el mercado de los vehículos eléctricos al proporcionar mayores autonomías de conducción. En el nuevo estudio, se ha hecho un análisis exhaustivo de su estabilidad térmica, un factor crucial para desarrollar baterías más seguras.

El equipo realizó más de 500 mediciones en 15 materiales para cátodo, todos ellos con alto contenido en níquel. Los investigadores descubrieron que cada cátodo tiene un estado crítico de carga que define su límite de funcionamiento seguro. La fuerza de los enlaces metal-oxígeno y la reactividad de la superficie influyen en este estado crucial.

Cuando el material supera este límite, se produce una inestabilidad. Esto puede desencadenar la catastrófica situación de fuga térmica, cuando el incremento de temperatura libera energía que calienta aún más la batería, aumentando ello sustancialmente el riesgo de que la batería quede inservible o incluso se provoque un incendio.

Arumugam Manthiram (centro) en su laboratorio. (Foto: The University of Texas at Austin)

Como parte de este estudio, los investigadores confeccionaron un índice de estabilidad térmica que cuantifica cómo reacciona el material durante la fuga térmico. Entre los factores que influyen en la estabilidad térmica de los cátodos figuran la composición, la química de la superficie, el contenido de níquel y el tamaño de los cristales.

Esta línea de investigación tendrá repercusiones de gran alcance, ya que promete una vía hacia baterías más seguras y eficientes que puedan satisfacer la creciente demanda de vehículos eléctricos. A medida que el mundo avanza hacia soluciones energéticas más limpias, las mejoras en la tecnología de las baterías para autos eléctricos son cruciales para hacer que los vehículos resulten lo bastante eficientes, seguros y baratos como para despertar el interés de los consumidores.

El estudio se titula “Navigating thermal stability intricacies of high-nickel cathodes for high-energy lithium batteries”. Y se ha publicado en la revista académica Nature Energy. (Fuente: NCYT de Amazings)