¿Por qué las baterías de los vehículos eléctricos explotan más rápido de lo que pensábamos?

Durante mucho tiempo se creyó que los cátodos monocristalinos resolverían los problemas de durabilidad de las baterías, ya que carecen de las uniones internas (límites de grano) donde suelen formarse grietas. Sin embargo, un nuevo estudio, publicado en la revista Nature Nanotechnology, revela que algunos monocristales pueden empezar a agrietarse desde dentro tras tan solo unos 100 ciclos de carga y descarga.

¿Por qué no es suficiente el níquel? La mayoría de los fabricantes de vehículos eléctricos apuestan por cátodos con un alto contenido de níquel, ya que esto permite una mayor densidad energética y una mayor autonomía. El problema surge a altos voltajes, cuando la eliminación del litio debilita los enlaces de oxígeno en la estructura. Al formarse grietas, el electrolito líquido las penetra, desencadenando reacciones químicas indeseadas. Estas reacciones no solo reducen la capacidad, sino que también aumentan el calentamiento y, por lo tanto, el riesgo de incendio.

El equipo de investigación, dirigido por el Dr. Jing Wang, incluso descubrió que el problema no reside en las uniones, sino en el movimiento desigual de los iones de litio. Dentro de una partícula monocristalina, algunas regiones absorben el litio más rápido que otras. Esto genera inconsistencias en la red cristalina:

– La superficie de la partícula cambia rápidamente, mientras que el núcleo queda rezagado.
– Cuando la expansión o contracción excede el límite elástico del material, el cristal se agrieta.
– La carga rápida aumenta estos riesgos al obligar al litio a moverse aún más rápido y de manera menos uniforme.

Aunque la industria intenta reducir el uso del costoso cobalto, las pruebas han demostrado que una pequeña cantidad de este elemento en monocristales resulta realmente útil. El cobalto suaviza el flujo de litio y reduce la formación de zonas de alto voltaje. Por otro lado, el manganeso presente en estas muestras ralentizó las reacciones y aumentó la probabilidad de agrietamiento, a pesar de ser una alternativa más económica y menos controvertida desde el punto de vista ético.

Los científicos señalan ahora que el futuro de las baterías podría no residir en maximizar la energía, sino en garantizar reacciones uniformes en todo el material. El siguiente paso será transferir estos conocimientos de las partículas de laboratorio a celdas de batería completas que deberán soportar condiciones de conducción reales. El objetivo es encontrar elementos accesibles que estabilicen el níquel sin causar nuevos daños internos.