Baterías de vehículos eléctricos podrían durar 2.8 veces más gracias a un nuevo electrolito

Un equipo de investigación del Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) presentó un material similar a un gel que podría extender la vida útil y mejorar la seguridad de las baterías de vehículos eléctricos (EV) de alto voltaje, diseñadas para viajes de larga distancia.

Este innovador electrolito previene activamente la generación de especies reactivas de oxígeno (ROS), la principal causa del envejecimiento de las baterías, lo que resulta en un aumento de 2.8 veces en la vida útil de la batería y una reducción en la hinchazón de un sexto.

Dirigido por el Profesor Hyun-Kon Song de la Escuela de Ingeniería Energética y Química de UNIST, en colaboración con el Dr. Seo-Hyun Jung del Instituto de Investigación de Tecnología Química de Corea (KRICT) y el Dr. Chihyun Hwang del Instituto de Tecnología Electrónica de Corea (KETI), el equipo de investigación desarrolló un electrolito polimérico en gel (GPE) basado en antraceno (An-PVA-CN) que bloquea fundamentalmente la liberación de ROS de los electrodos durante la carga de alto voltaje.

Los hallazgos fueron publicados en Advanced Energy Materials.

Las baterías de iones de litio (LIB) de alto voltaje, cargadas por encima de 4.4V, permiten un mayor almacenamiento de energía, pero también presentan riesgos. El aumento de voltaje desestabiliza el oxígeno en el cátodo rico en níquel, convirtiéndolo en ROS que producen gases, aumentando el riesgo de explosiones y acortando la vida útil de la batería.

El componente de antraceno del nuevo electrolito se une al oxígeno superficial inestable, impidiendo su formación como ROS, llamadas oxígeno simple (¹O₂), que actúan como semillas para una mayor degradación. Además, el antraceno captura y elimina el oxígeno reactivo existente, proporcionando una doble capa de protección.

Otro componente clave, el grupo nitrilo (-CN), estabiliza el metal de níquel en el cátodo, evitando su disolución y deformación estructural durante la carga.

El primer autor, Jeongin Lee, explicó: "Lo que distingue esta investigación es que previene directamente la formación de ROS en la fuente. Los enfoques anteriores neutralizaban las ROS después de que se formaban o manipulaban el electrodo para suprimir la liberación de oxígeno".

Las baterías equipadas con este electrolito mantuvieron el 81% de su capacidad inicial después de 500 ciclos de carga-descarga a un alto voltaje de 4.55V, mientras que las baterías convencionales cayeron por debajo del 80% de capacidad después de solo 180 ciclos.

Esto indica un aumento de casi tres veces en la vida útil. Además, la evolución de gases—y, en consecuencia, la hinchazón—se redujo significativamente; el electrolito en gel limitó la expansión a aproximadamente 13 micrómetros, en comparación con 85 micrómetros en baterías convencionales, logrando una reducción de aproximadamente seis veces.

El Profesor Song afirmó: "Este estudio demuestra que las reacciones de oxígeno en baterías de alto voltaje pueden ser controladas en la etapa de diseño del electrolito. Este principio podría aplicarse para desarrollar LIB ligeras para aplicaciones aeroespaciales y sistemas de almacenamiento de energía a gran escala".