Nissan desarrolla análisis para lograr una mayor durabilidad de la batería del LEAF

¿Se puede mejorar el rendimiento de la batería de vehículos eléctricos mediante la observación de electrones? Nissan buscó una respuesta a esta pregunta a través de un proyecto de investigación en asociación con universidades de Japón.

El resultado: Nissan Motor Company y su afiliada Nissan Arc Ltd. han anunciado el desarrollo de un método de análisis de primer nivel que permite la directa observación de la actividad de electrones en el material del cátodo de las baterías de iones de litio durante la carga y descarga.

La aplicación de esta técnica de análisis para futuras investigaciones y diseño de los materiales de la batería podría permitir a los investigadores de Nissan desarrollar mayor capacidad y baterías de gran duración que pueden extender la distancia de conducción de los vehículos eléctricos cero emisiones y mejorar su durabilidad.

Nissan Arc Ltd., una subsidiaria 100 por ciento de Nissan Motor Company, desarrolló el método de análisis en un esfuerzo conjunto de investigación y desarrollo en conjunto con las universidades de Tokio, Kyoto y Osaka.  La técnica recientemente desarrollada proporciona una descripción exacta de cómo los electrones son emitidos por ciertos elementos que constituyen el material del cátodo de baterías de iones de litio durante la carga y descarga.

Takao Asami, vicepresidente senior de Nissan y presidente de Nissan Arc Ltd., comentó: «La creación de esta técnica de análisis fue un paso importante hacia el desarrollo de una mayor capacidad en las baterías de iones de litio de última generación. También jugará una parte importante en nuestra futura investigación y desarrollo destinados a ampliar el campo de prácticas de los siguientes vehículos de cero emisiones«.

Con el fin de desarrollar una mayor capacidad en baterías de iones de litio de larga duración, la cantidad máxima posible de litio debe ser almacenada en material activo de electrodo, lo que le permite generar el mayor número posible de electrones. Para desarrollar un material de este tipo, una lectura precisa de la actividad de electrones dentro de la batería es esencial. Métodos de análisis existentes no permitieron a los investigadores observar el movimiento de electrones.  No fue posible determinar la forma material de los diversos electrodos activos, es decir, el manganeso (Mn), cobalto (Co), níquel (Ni), oxígeno (O) -, pero si la emisión de electrones y el número de electrones que en realidad estaban siendo emitidos.

El método de análisis de nuevo desarrollo combina los rayos X espectroscópicos de absorción¹ que utiliza bordes L-absorción² y  el primer principio de cálculo³ de la supercomputadora⁴ japonesa Earth Simulator.

La espectroscopia de absorción de rayos X se había utilizado en el pasado para analizar las baterías. Sin embargo, la mayoría de este análisis se realizó utilizando bordes de absorción K que sólo puede observar electrones restringidos en el átomo (electrones que no están implicados en la carga y descarga debido a la proximidad al núcleo) y no los electrones reales en cuestión a la reacción de la celda.

Mediante la aplicación de la espectroscopia de absorción de rayos X que utiliza bordes de absorción-L, los electrones involucrados directamente con la reacción de la pila se puede observar.

El análisis preciso de la cantidad de movilidad de los electrones es posible gracias a la combinación de los resultados de la observación con primeros cálculos de la supercomputadora Earth Simulator. Durante años, los científicos han querido entender el origen de electrones durante la carga y descarga, y este método de análisis desarrollado recientemente por fin lo hace posible.

Los científicos pueden observar el fenómeno exacto dentro de una celda de la batería, especialmente el comportamiento de los materiales activos de los electrodos, lo que permite un mayor estudio para en mejor rendimiento, y materiales de los electrodos de mayor duración.

Nissan Arc ha utilizado la nueva técnica de análisis para investigar los materiales de los electrodos de alta capacidad ricos en litio, que se consideran agentes prometedores para aumentar la densidad de energía en un 150 por ciento.

El análisis reveló que en un estado de alto potencial, los electrones procedentes de oxígeno estaban activos durante la carga. Mientras tanto, se observaron los electrones que se originaron de manganeso que se activan durante la reacción de descarga.

Estos hallazgos fueron un gran paso adelante hacia el desarrollo comercial de los materiales de los electrodos ricos en litio, que puede producir baterías con mayor capacidad y larga duración.