¿Por qué tiene que cargar una batería con más frecuencia a medida que envejece?

En nuestro mundo cada vez más tecnológico, parece que nada puede impedir que nos convirtamos en los maestros del dominio digital. Desde las tabletas y los teléfonos inteligentes hasta los coches eléctricos, la humanidad ciertamente está avanzando, pero sigue habiendo un obstáculo.

Dependemos en gran medida de las baterías para alimentar nuestras máquinas, y a medida que continuamos alejándonos de los combustibles fósiles hacia alternativas eléctricas, la durabilidad y la longevidad de las baterías pasarán a ocupar un lugar preponderante en la eficiencia.

Desafortunadamente, como le dirá el propietario de cualquier ordenador portátil o teléfono inteligente, las baterías tienden a perder su capacidad de carga con el tiempo, y en unos pocos años, parece que una batería apenas puede sostener una carga. Si queremos seguir avanzando hacia el futuro que se nos ha prometido, tenemos que responder a esa pregunta fundamental: ¿por qué las baterías pierden su capacidad?

Lo creas o no, deberías culpar a los cristales de sal, pero lo haremos en breve....

La ciencia de las baterías

Aunque las baterías se han vuelto más eficientes y potentes en los últimos años, en particular las muy populares baterías de iones de litio (en las que nos centraremos en este artículo), algunos de los elementos básicos de la vieja escuela son los mismos. Específicamente, las baterías modernas todavía poseen electrodos positivos y negativos, así como una sustancia química entre ellos - un electrolito. Como todas las baterías, una reacción química está sucediendo constantemente para mover iones entre estos polos con carga positiva y negativa, lo que produce una corriente.

En el caso de las baterías de iones de litio modernas, el electrodo positivo suele ser de fosfato de hierro y litio, mientras que el negativo es de grafito. Cuando usted carga una de estas baterías, los iones de litio del electrodo positivo se mueven al electrodo negativo. Ese movimiento produce energía que la batería puede almacenar. En la dirección opuesta, cuando la batería está descargando toda esa energía, los iones se mueven en la dirección opuesta.

Este proceso consta de dos partes: los iones se mueven en una dirección y los electrones en la dirección opuesta. Este diferencial proporciona la potencia de carga para la batería, y si una de estas dos cosas deja de moverse, ¡también lo hace la otra! En otras palabras, una vez que el electrodo positivo se descarga completamente, la batería deja de alimentar un dispositivo. Del mismo modo, si apaga un dispositivo, la batería deja de descargarse.

La avería de la batería

Esos mismos iones que fluyen alrededor de la mezcla de electrolitos en una batería deben pasar a través de canales de iones en los electrodos positivos y negativos. Mientras la batería se descarga, los iones que se mueven alrededor del electrodo negativo cambian sus propiedades físicas a nivel atómico. El litio reacciona con el fosfato de hierro y comienza a formarse una costra en esos canales iónicos, que se desarrolla en las pequeñas imperfecciones de la superficie como resultado de esas pequeñas reacciones químicas.

Esta corteza es mejor comparada con los cristales de sal, que se acumulan lentamente con el tiempo, similar a la forma en que el óxido se desarrolla de manera no uniforme en ciertos tipos de metal como resultado de la oxidación. Estos cristales de sal bloquean el movimiento de los iones a través de los canales, haciendo que el flujo sea menos eficiente, y por lo tanto la capacidad de mantener una carga significativamente más baja. A nivel atómico, no hay manera de crear un electrodo que no tenga absolutamente ninguna imperfección, por lo que estos cristales siempre se desarrollarán con el tiempo.

Puede tomar un año o dos para que se acumulen suficientes cristales que el usuario pueda notar, pero no hay manera de evitarlo completamente. Eventualmente, todas las baterías sufrirán este proceso de degradación, frustrándonos hasta el infinito. Algunos estudios han buscado formas de revertir o remediar estos problemas, dado que las baterías son una parte tan grande de nuestra vida diaria, pero las soluciones son pocas y distantes.

La deposición atómica de material para eliminar esas imperfecciones (los sitios en los que se pueden formar los cristales) podría funcionar, pero parece un proceso muy lento y meticuloso. A medida que aprendemos más acerca de estos cristales, puede haber una manera de neutralizar su acumulación o romperlos, restaurando así una batería a su capacidad y fuerza originales.

Sin embargo, las estrategias de reparación de baterías de iones de litio no se han perfeccionado, por lo que nos vemos obligados a seguir comprando otras nuevas o a hacer frente a la disminución de la capacidad. Lo interesante es que el aumento de la capacidad y la longevidad de las baterías parece ser el objetivo de todo innovador en este campo, pero el problema de la formación de cristales podría ser un área de enfoque mejor. Si se resuelve ese problema, entonces la constante carrera armamentista de la fuerza de la batería no sería tan importante.

Afortunadamente, a medida que avanzamos hacia una sociedad global más “verde”, las baterías sólo van a ser más importantes, y si los seres humanos han demostrado algo a lo largo de su historia, es que “la necesidad es la madre de la invención”.

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