Hablar de degradación en baterías no es hablar solo del paso del tiempo. Es hablar de procesos complejos, de interacciones químicas, térmicas y mecánicas que afectan a cada componente interno. Comprender cómo y por qué se degrada una celda es esencial no solo para mejorar el diseño de nuevas generaciones de baterías, sino también para optimizar su uso, garantizar la seguridad y alargar su vida útil.
No todas las baterías envejecen igual
Imaginemos una batería como un gran archivador de oficina. Cada ciclo de carga y descarga es como guardar o extraer un documento. Si se hace con cuidado, todo sigue en orden y el sistema funciona con fluidez. Pero, si se manipula con prisas, se fuerzan los cajones o se colocan mal las carpetas, el desorden se acumula y el rendimiento del archivador se resiente.
Con el tiempo, algunos cajones se atascan, los documentos se pierden o se mezclan y ya no es posible trabajar con la misma eficiencia. La degradación en una batería funciona de forma similar: cada uso deja una huella, y entender cómo y por qué se producen esas alteraciones nos permite prevenirlas, rediseñar componentes o ajustar el uso para prolongar su vida útil.
Estudiar la degradación: un trabajo de laboratorio… y de paciencia
Para estudiar estos mecanismos se diseñan matrices de degradación: ensayos sistemáticos en los que se varían parámetros como la temperatura, la corriente de carga o descarga, el estado de carga (SoC), la profundidad de descarga (DoD) o la ventana de voltaje. Estas variables permiten identificar qué tipo de degradación predomina en cada escenario.
Además de los ensayos en funcionamiento activo, también es fundamental estudiar el llamado calendar ageing, que analiza cómo envejecen las celdas en reposo. Aunque parezca contradictorio, una batería puede deteriorarse sin ser usada, simplemente por mantenerse a temperaturas elevadas o en estados de carga muy altos durante periodos prolongados. Por eso, en condiciones de almacenamiento o vehículos estacionados durante meses, la degradación puede ser igualmente significativa.
En vehículos estacionados durante meses, la degradación puede ser igualmente significativa
Caracterizar: ver lo invisible
Saber que una batería ha perdido capacidad es solo el primer paso. Lo realmente útil es entender por qué. Para ello, se combinan distintas herramientas que permiten observar lo que no se ve a simple vista.
En primer lugar, los estudios electroquímicos (como las curvas de voltaje, los análisis de capacidad o las derivadas dQ/dV) proporcionan información sobre cómo se comporta la celda durante su funcionamiento. Complementariamente, la espectroscopía de impedancia permite detectar incrementos de resistencia interna, pérdida de contacto entre componentes o la formación de capas no deseadas en los electrodos.
Una vez finalizada la vida útil de la celda, los análisis post-mortem cobran protagonismo: se trata de estudiar físicamente el interior de la batería, desmontándola con cuidado para entender qué ha fallado y dónde, como una especie de autopsia electroquímica. Sin embargo, también existen técnicas no destructivas que permiten ver por dentro sin desmontar: herramientas como la tomografía computarizada (CT), el análisis térmico o el acústico ayudan a identificar defectos estructurales, hinchamientos, fugas de gas o acumulación de materiales en lugares no deseados.
Junto a estas técnicas experimentales, el modelado del envejecimiento se está consolidando como una herramienta clave para acelerar los estudios. Simular cómo se degrada una celda bajo diferentes condiciones de uso permite anticipar problemas, reducir el número de ensayos necesarios y diseñar protocolos más eficientes. Cuando se combina con datos reales, el modelado hace posible extrapolar comportamientos a largo plazo e identificar relaciones causa-efecto difíciles de observar directamente en laboratorio.
Cuando se combina con datos reales, el modelado permite extrapolar comportamientos a largo plazo e identificar relaciones causa-efecto
Esta combinación de métodos permite mapear no solo los efectos visibles de la degradación, sino también desentrañar los mecanismos subyacentes: desde la pérdida de litio o sodio activo, hasta el crecimiento de dendritas, el colapso estructural del electrodo o la generación de gases en el interior de la celda.
Más allá del envejecimiento: la seguridad también se pone a prueba
Además de los ensayos de ciclo y calendario, existen los llamados tests de abuso, que buscan evaluar la robustez y la seguridad de las celdas en condiciones extremas. Estos ensayos reproducen escenarios poco probables (pero posibles) como sobrecargas, cortocircuitos, perforaciones o exposiciones a temperaturas elevadas.
¿Para qué sirven? Por un lado, permiten comprobar que las baterías cumplen con los estándares internacionales de seguridad. Por otro, ayudan a evaluar mejoras en los materiales y el diseño, comparando cómo diferentes tecnologías responden ante situaciones de riesgo.
En estos tests se analizan fenómenos como la fuga térmica (conocido por el término en inglés thermal runaway), la inflamabilidad de los electrolitos o la propagación del fallo entre celdas en un pack. Todo ello, con un objetivo claro: diseñar baterías más seguras y con mecanismos de protección cada vez más eficaces.
Los test de abuso ayudan a diseñar baterías con mecanismo de protección más eficaces
Hacia un uso más consciente, seguro y sostenible
A medida que el vehículo eléctrico se generaliza, la comprensión de los mecanismos de degradación adquiere una nueva dimensión. No se trata solo de mejorar productos para fabricantes o investigadores. Se trata también de ofrecer a usuarios, flotas y operadores herramientas para usar mejor sus baterías: cargarlas de forma más inteligente, evitar sobre exigencias innecesarias o simplemente saber cuándo una celda ha llegado al final de su vida útil.
Conocer cómo y por qué envejecen las baterías no solo ayuda a extender su duración y reducir costes. También es una pieza clave para avanzar hacia un modelo de movilidad eléctrica más sostenible, donde la eficiencia, la seguridad y la responsabilidad vayan de la mano.
Porque, en definitiva, cada batería cuenta su propia historia. Y entender esa historia es el primer paso para escribir un futuro energético más inteligente.