Detectan un fallo oculto en baterías de vehículos eléctricos que acelera su degradación

Un coche eléctrico puede tener motor “para años” y, aun así, acabar cambiando la batería antes de lo esperado. A veces no es por un golpe, ni por frío extremo. El desgaste puede empezar como una grieta mínima, invisible, que crece dentro del material y va robando capacidad ciclo tras ciclo.

Eso es lo que han identificado equipos de Argonne y la Universidad de Chicago en un tipo de cátodo que prometía ser más resistente: los materiales “monocristalinos” ricos en níquel. La idea era simple: si el problema en otros diseños estaba en las fronteras entre granos, quitas esas fronteras y listo. Pero el salto no llegó, y el trabajo —publicado en Nature Nanotechnology— explica por qué.

La sorpresa es que el daño no venía de bordes débiles, sino de dentro. Con rayos X de sincrotrón y microscopía electrónica, el equipo vio que durante la carga y la descarga distintas zonas de una misma partícula reaccionan a ritmos diferentes, como si una parte quisiera “hincharse” antes que otra. Esa descoordinación crea tensiones internas muy pequeñas que, acumuladas, terminan abriendo grietas en el propio cristal.

En baterías con cátodos policristalinos, el guion era otro: muchas piezas pequeñas juntas, separadas por límites de grano. Con los ciclos, el material se expande y se contrae y esos límites se van abriendo, parecido a una carretera que se agrieta con congelar y descongelar. Los ingenieros aprendieron a ajustar composición y estructura para retrasar ese daño.

El problema es que esas “reglas de diseño” se trasladaron casi tal cual a los monocristales. Y aquí no funcionaron. El hallazgo explica por qué algunas baterías nuevas no daban el rendimiento esperado y obliga a aceptar algo incómodo: cambiar el material sin cambiar la lógica puede ser solo mover el fallo de sitio.

Hay otra vuelta de tuerca: elementos que en un contexto parecían perjudiciales pueden ayudar en otro. En policristales, por ejemplo, el equilibrio entre níquel, manganeso y cobalto se afina para evitar ciertos daños, aunque cada elemento trae su peaje. En estos monocristales, el equipo observó que el manganeso tendía a provocar más daño mecánico, mientras que el cobalto —caro y con mala prensa— mejoraba la durabilidad y alargaba la vida de la celda.

¿Y por qué importa este tipo de grieta? Porque cuando el material se fisura, la batería pierde capacidad de forma gradual, pero también se abre la puerta a reacciones no deseadas. El electrolito puede colarse donde no debería, degradar el interior y favorecer liberación de oxígeno; en casos extremos, eso suma riesgo de fallos de seguridad como la fuga térmica.

La parte menos vistosa es la que decide si esto llega a la calle. Ver el mecanismo es un avance, pero queda traducirlo a recetas industriales: qué composiciones aguantan mejor, qué compromisos aceptas con el coste y qué sustitutos pueden dar el “beneficio del cobalto” sin depender de él. Y, sobre todo, cómo se comporta este diseño con carga rápida, temperaturas variables y miles de ciclos reales.

La promesa, si se cumple, no es una batería “milagro”, sino una batería más predecible: que envejece más despacio. La pregunta es práctica: ¿pueden los fabricantes rediseñar estos cátodos para frenar el agrietamiento interno sin sacrificar densidad energética ni disparar el precio? Ahí se juega parte del futuro cercano del coche eléctrico.

Fuente: ScienceDaily