Científicos chinos desarrollan batería de estado sólido que retiene 84% de capacidad tras 350 ciclos
Un equipo de investigadores de la Academia China de Ciencias desarrolló un nuevo electrolito para baterías de estado sólido que mantuvo más del 84% de su capacidad original después de 350 ciclos de carga y descarga, según reportó la institución. El avance, logrado en el Instituto de Física Química de Dalian, aborda uno de los principales obstáculos que han frenado la comercialización de esta tecnología considerada sucesora de las actuales baterías de ion de litio.
El equipo científico del Instituto de Física Química de Dalian (DICP, por sus siglas en inglés) creó un electrolito compuesto orgánico-inorgánico basado en fluoruro de polivinilideno (PVDF) y oxicloruro de litio (Li₃OCl), según informaron la Academia China de Ciencias, ITHome y CarNewsChina.
Una de las principales limitaciones de las baterías de estado sólido es la interfaz entre el electrolito y el electrodo. El contacto deficiente entre estos materiales puede ralentizar el movimiento de iones de litio, reducir la eficiencia y acortar la vida útil de la batería, según la Academia China de Ciencias.
Para abordar este problema, los investigadores utilizaron oxicloruro de litio para desencadenar lo que describen como un proceso de "reconstrucción química in situ" dentro de la estructura del polímero. Esto crea enlaces químicos más fuertes entre los componentes orgánicos e inorgánicos del electrolito mientras establece vías continuas que permiten que los iones de litio se muevan de manera más eficiente a través de la batería, según el equipo.
El resultado es un material que combina la flexibilidad mecánica de los polímeros con la conductividad iónica y la estabilidad típicamente asociadas con los electrolitos sólidos inorgánicos, según la investigación.
Rendimiento en laboratorio
El equipo reportó varias mejoras de rendimiento. Las pruebas de laboratorio mostraron una conductividad iónica a temperatura ambiente de 2,73 × 10⁻⁴ S/cm y un número de transferencia de iones de litio de 0,90, lo que indica que una gran proporción del transporte de carga ocurre a través de iones de litio en lugar de reacciones secundarias no deseadas, según los resultados publicados.
El electrolito también demostró una ventana de estabilidad electroquímica superior a 4,78 voltios y un módulo de Young de casi 893 MPa, lo que sugiere una fuerte estabilidad mecánica dentro de la estructura de la batería, según el estudio.
El resultado más notable provino de las pruebas de ciclado. Los investigadores reportaron que las celdas de batería de estado sólido NCA (níquel-cobalto-aluminio) equipadas con el nuevo electrolito mantuvieron el 84,2% de su capacidad después de 350 ciclos a una tasa de carga-descarga de 1C, según la Academia China de Ciencias. Las celdas simétricas también operaron de manera estable durante más de 2.500 horas durante las pruebas, según el equipo.
Por qué importan las baterías de estado sólido
Las baterías de estado sólido reemplazan los electrolitos líquidos inflamables utilizados en las celdas convencionales de ion de litio con materiales sólidos. La tecnología ha atraído un interés significativo porque podría ofrecer mayor densidad de energía, seguridad mejorada, carga más rápida y mayor resistencia a la fuga térmica, según expertos de la industria.
Sin embargo, convertir los conceptos de laboratorio en baterías comercialmente viables ha resultado difícil. Los investigadores de todo el mundo continúan luchando con problemas como baja conductividad iónica, degradación de la interfaz, complejidad de fabricación y costos, según la Academia China de Ciencias.
La nueva arquitectura de electrolito intenta abordar varios de estos desafíos simultáneamente al mejorar el transporte de iones mientras mantiene la estabilidad estructural, según los investigadores.
La comercialización sigue a años de distancia
A pesar del creciente progreso en los laboratorios, el camino hacia las baterías de estado sólido para el mercado masivo sigue siendo incierto. Varios fabricantes de automóviles y desarrolladores de baterías chinos han anunciado cronogramas ambiciosos. Dongfeng, por ejemplo, ha indicado planes para comenzar la producción en masa de baterías de estado sólido tan pronto como en 2026, según la compañía.
El líder de la industria CATL, sin embargo, ha sugerido repetidamente que la comercialización a gran escala es poco probable antes de 2030, destacando los importantes obstáculos de ingeniería y fabricación que aún permanecen, según declaraciones de la empresa. El trabajo del equipo del DICP no cambia inmediatamente ese cronograma, pero añade otro enfoque prometedor a una de las carreras tecnológicas más observadas de la industria de baterías, según analistas.
A medida que los fabricantes de automóviles continúan buscando tecnologías de baterías más seguras y con mayor densidad de energía, los avances en el diseño de electrolitos como este podrían desempeñar un papel importante en determinar qué arquitecturas de baterías de estado sólido finalmente alcanzan la producción comercial, según expertos del sector.
Los hallazgos fueron publicados en el Journal of Colloid and Interface Science bajo el título "An innovative dehydrofluorinated composite gel electrolyte for enhanced solid-state batteries" (Un innovador electrolito de gel compuesto desfluorinado para baterías de estado sólido mejoradas), según la Academia China de Ciencias.