Las baterías de litio con electrolito sólido prometen grandes avances para la movilidad eléctrica. Sin embargo, lograr que su comercialización sea viable económicamente está convirtiéndose en una auténtica carrera de obstáculos. A la búsqueda casi desesperada de los materiales con los que crear el electrolito, se unen las complicaciones de los procesos de fabricación. De ahí que su fecha de llegada sea todavía una incógnita a despejar.
A diferencia de las baterías de iones de litio actuales, las de estado sólido no contienen un electrolito líquido inflamable. Estos son los causantes de la tan indeseada fuga térmica que puede provocar que la batería estalle y se incendie. Además, las baterías de estado sólido también son menos tóxicas, alcanzan densidades de energía más altas, se cargan más rápido y ofrecen más ciclos de carga y descarga sin sufrir degradación.
Sin embargo, además de otros obstáculos derivados de la naturaleza de su electrolito, también son más difíciles y costosas de fabricar. Uno de los principales desafíos que ofrecen son los defectos en las películas de electrolito que se convierten en un aspecto clave en estas baterías. Las pequeñas burbujas que se forman en la película evitan que los iones se muevan entre los electrodos, ralentizando la carga y la operación general.
Un ajuste mínimo con grandes consecuencias
El Laboratorio Nacional de Oak Ridge (ORNL) ha realizado un pequeño ajuste en la fabricación de las baterías de litio con electrolito sólido que puede tener grandes consecuencias en su seguridad y eficiencia final. Al hacer un pequeño cambio en la forma en que se fabrica, los científicos lograron eliminar los defectos en la película de electrolito, abriendo el camino a baterías más seguras y eficientes.
“Es el mismo material: solo estamos cambiando la forma en que lo fabricamos, mejorando el rendimiento de la batería en varios frentes", asegura el director de la investigación, Marm Dixit.
Una película de electrolito está hecha de antiperovskita (Li2OHCl). Se trata de un tipo de estructura cristalina que se encuentra en ciertos materiales. Es una variante invertida de la estructura perovskita en la que los iones de menor tamaño ocupan el centro y los iones más grandes se sitúan en las esquinas. En ella, los gránulos del material se presionan para formar láminas. Estos, a menudo, producen defectos indeseables que reducen la eficiencia.
Para superar este problema, el equipo de Oak Ridge agregó un paso extra para calentar la prensa y dejar que el electrolito se enfríe bajo presión. El resultado fue una película sin burbujas y con un mayor enriquecimiento de nitrógeno en la superficie que la hace casi 1.000 veces más conductora. Mostró una mejora cercana al 50% en la densidad de corriente crítica y mejor litofilicidad (afinidad o atracción que tiene un material), que es un factor clave en la estabilidad de las baterías de estado sólido.
Según los investigadores, este ajuste no solo mejora el rendimiento, sino que también abre la puerta a poder procesar electrolitos sólidos a escala industrial más fiables, ya que se podrá realizar un mayor control sobre el proceso.
