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Niobio en lugar de litio: la clave para aumentar la capacidad y la vida útil de las baterías de tu coche eléctrico

Elena Sanz Bartolomé | 5 Ago 2021
Laboratorio Baterias Seat Mii Electric
Laboratorio Baterias Seat Mii Electric

Son el componente fundamental en los coches eléctricos y, por ende, el más caro de todos. Las baterías son las encargadas de marcar la autonomía de estos modelos, pero no son perfectas: su capacidad va mermando con el paso del tiempo acortando su vida útil y esa independencia eléctrica básica para estos vehículos. Es este un proceso lento que no debería preocupar a los dueños y futuros compradores… y menos tras el último descubrimiento: usar niobio en lugar de litio para conservar la capacidad de las baterías que usan los coches eléctricos.

Las baterías de los coches eléctricos (así como las de cualquier dispositivo electrónico) pierden parte de su capacidad de energía antes de que hagamos la primera recarga. Tal y como explica Oak Ridge National Laboratory, las razones para explicar esto las encontramos en la degradación que sufre su química y en las impurezas que se crean en el primer ciclo de carga y descarga.

Con el fin de solucionar este hándicap, Stanley Whittingham se ha puesto manos a la obra. Se trata del químico que inventó las baterías de litio a finales de los años setenta: un logro por el que fue galardonado con el Premio Nobel en su especialidad en 2019. Ahora ha dirigido a un grupo de investigadores, que ha encontrado una forma de frenar esa degradación que afecta a la capacidad de las baterías de los coches eléctricos y, por lo tanto, a su vida útil: un revestimiento que protege a las celdas de esta pérdida.

El papel del níquel

Antes de explicaros su descubrimiento es necesario comprender, mínimamente, la composición de las baterías de litio. Éstas cuentan con cátodos hechos con capas que alternan de litio y materiales de óxido que son ricos en níquel. Se emplea este metal porque genera mayor densidad de energía y mayor capacidad de almacenamiento… a un precio inferior ya que es más económico que otros materiales.

Sin embargo, no todo son ventajas: el níquel en los cátodos es inestable. Esto provoca que reaccione fácilmente generando una serie de impurezas que cubren la superficie del cátodo y reducen la capacidad de almacenamiento en un 10-18%... en el primer ciclo de carga y descarga de la batería. No es lo único que contribuye a esta merma: el níquel también puede generar inestabilidad dentro de la estructura del cátodo, algo que disminuye la capacidad en los períodos largos de carga y descarga.

Más capacidad y menos degradación

Con este escenario se encontró Stanley Whittingham y sobre él ha estado trabajando con una serie de estudios de difracción ejecutados con rayos X y neutrones. Este ha sido el punto de partida para llegar hasta un tratamiento químico experimental en el que los cátodos se olvidan del litio para emplear óxido de niobio.

Los átomos de este elemento químico tienen la capacidad de estabilizar la superficie y, en consecuencia, de reducir esas pérdidas que se producen desde el primer ciclo. Algo que logran a medida que sube la temperatura y conducen a los átomos de manganeso hacia el interior del cátodo para mejorar su capacidad de retención a largo plazo.

Trasladando esta teoría a la práctica y aplicando ésta a los coches eléctricos: al disminuir las pérdidas desde el primer ciclo de carga y descarga, la batería mejora su capacidad a largo plazo prolongado, así, su vida útil. Algo que Stanley Whittingham y su equipo ya han podido comprobar… en el laboratorio: tras 250 ciclos, la retención de capacidad fue de un 93,2%.

Un cambio de diseño factible

Se trata, por lo tanto, de un descubrimiento de gran potencial. Cambiar el diseño de las baterías de litio sustituyendo los átomos de manganeso por los de niobio para dar forma a un recubrimiento con este material supondría un aumento de la capacidad inicial y un freno para la paulatina degradación. Algo especialmente importante en las soluciones donde la alta densidad de almacenamiento es fundamental como ocurre con los coches eléctricos.

Y, además, a nivel de fabricación no hay que cambiar los procesos actuales: la introducción del niobio en los cátodos se puede hacer usando las mismas técnicas que se utilizan para dar forma a los cátodos NMC811.