El envejecimiento de las baterías de iones de litio depende de las condiciones de uso. Como práctica bien aceptada, la gran mayoría de los estudios de baterías de laboratorio se realizan utilizando un ritmo constante de descarga seguido de recarga, y este patrón se repite a lo largo del tiempo. Sin embargo, en los casos de uso reales, las baterías se someten a perfiles de corriente dinámicos durante la descarga.
Varios estudios han investigado los perfiles de corriente con frecuencias de corriente alterna, normalmente muy por encima de 1-10 Hz. Por encima de dichas frecuencias, se ha observado una degradación limitada, ya que los procesos electroquímicos como la transferencia de carga y la difusión sólo se activan parcialmente. Por otra parte, el frenado regenerativo, la conducción en tráfico de parada y arranque, etc., se producen a frecuencias más bajas (<1 Hz), pero no se conocen bien. Además, el envejecimiento inducido por el tiempo (incluido el envejecimiento natural a corriente cero) es otro componente crítico del uso realista, pero requiere varios años de experimentos antes de ser observado.
Por tanto, existe un vacío en la intersección entre los enfoques basados en datos y los experimentos de envejecimiento de baterías con protocolos de descarga realistas. “Nuestro objetivo era llenar este vacío generando y analizando un conjunto de datos de baterías no aceleradas y sometidas a ciclos dinámicos que representan la conducción realista de un VE”, explican los autores del estudio “Dynamic cycling enhances battery lifetime”, publicado hace unos días en Nature Energy y realizado en el Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC de la Universidad de Stanford (Stanford-SLAC).
Durante más de dos años probaron 92 células comerciales de iones de litio a una temperatura constante de 35 °C dentro de una cámara de temperatura CSZ. Lo hicieron en varios perfiles diferentes que reproducían la conducción por autopista, la conducción urbana y una combinación de ambas. Luego, se aplicó un algoritmo de aprendizaje automático entrenado con todos los datos recopilados en la investigación.
Los científicos concluyeron que, cuanto más realistas eran los perfiles para reflejar el comportamiento de conducción real, mayor era la expectativa de vida de los vehículos eléctricos. “Sorprendentemente, descubrimos que la descarga dinámica aumenta sustancialmente la vida útil en comparación con la descarga a corriente constante”, explicaron. En concreto, para el mismo intervalo medio de corriente y tensión, la variación del perfil de descarga dinámica –los picos de aceleración cortos y bruscos– se tradujo en un aumento de hasta el 38% de los ciclos completos equivalentes al final de la vida útil.
“Más allá de la investigación en baterías, este trabajo ilustra las oportunidades de utilizar pruebas realistas para profundizar en nuestra comprensión del envejecimiento de materiales y dispositivos en ciencias físicas”, concluyen los autores.
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