Las baterías de litio convencionales han impulsado hasta ahora el desarrollo de la movilidad eléctrica. Sin embargo, están alcanzando sus límites, especialmente en cuanto a la velocidad de carga rápida, que está relacionada con las altas temperaturas y la seguridad. Las baterías de estado sólido aparecen en el horizonte como una de las tecnologías en desarrollo más prometedoras, con el potencial de revolucionar diversos sectores industriales, incluido el del automóvil.
A diferencia de las baterías de iones de litio tradicionales que usan electrolitos líquidos, estas emplean un electrolito sólido por donde se mueve el litio. Este material sólido conductor ofrece mejoras significativas en aspectos críticos como la autonomía, la densidad energética y la seguridad. Sin embargo, afrontan algunos hándicaps que limitan su comercialización y que este nuevo material ‘sin nombre’ soluciona por completo.
Un material sin nombre que avanza hacia las baterías sólidas
El equipo de investigación del Instituto de Bioenergía y Tecnología de Bioprocesos de Qingdao (QIBEBT) está dirigido por el doctor Ju Jiangwei, autor de la publicación en la revista Nature Energy. Su innovador material homogéneo para el cátodo, que todavía está por bautizar, promete mejorar la seguridad y el rendimiento de las baterías sólidas de litio sólido.
Según sus propias declaraciones, su nueva creación permite que las baterías de litio de estado sólido alcancen una alta conductividad, una gran capacidad de descarga específica, un pequeño cambio de volumen, una elevada densidad energética y una mayor vida útil en comparación con las anteriores baterías de litio sólido.
Ju explicó que el nuevo material logra una conductividad electrónica e iónica que es más de 1.000 veces superior a la de los materiales de cátodo utilizados en las baterías tradicionales. Este material puede soportar los ciclos de carga y descarga sin necesidad de aditivos conductores, lo que simplifica el proceso de fabricación y mejora el rendimiento de las baterías de litio de estado sólido.
También señaló que el nuevo material experimenta un cambio de volumen del 1,2% durante la carga y descarga, lo que favorece la estabilidad de la estructura de la batería en comparación con el material tradicional, que presenta un cambio de volumen superior al 2,6%. Además, incluso después de 5.000 ciclos de carga y descarga, la batería con el nuevo material mantiene el 80% de su capacidad inicial.
El estudio también señala que la densidad de energía de la batería con el nuevo material, que alcanza hasta 390 Wh/kg, alcanza una vida útil más prolongada, 1,3 veces superior a la de las baterías de iones de litio más avanzadas disponibles en el mercado.
Una idea de premio Nobel
El material base del nuevo desarrollo fue identificado por primera vez en un artículo publicado en 2008 por John Bannister Goodenough, ganador del Premio Nobel. El equipo de investigación reconoció su potencial por su conductividad iónica excepcional. Sin embargo, debido a la compleja combinación de elementos en su composición, el equipo necesitó dos años para sintetizar este material original.
"Contrariamente a nuestras expectativas, la conductividad iónica de este material es baja, mientras que la conductividad electrónica es alta. Por lo tanto, primero mejoramos la conductividad iónica dopándolo con germanio, luego intentamos mejorar la conductividad electrónica reemplazando el azufre con selenio, y finalmente obtuvimos el nuevo material", explica Ju.
El equipo de investigación también encontró que reemplazar el germanio con silicio, que es más barato y abundante, puede reducir significativamente el coste de las baterías sólidas, favoreciendo así su comercialización.
"Actualmente, estamos produciendo este material en lotes pequeños y esperamos lograr una producción a gran escala en dos o tres años. En cuanto al coste, planeamos desarrollar un nuevo material con menos contenido de litio en el futuro. Si lo logramos, el coste de las baterías de litio de estado sólido de sulfuro podría reducirse al 30% respecto a las de electrolito líquido", añade Ju. Además, indicó que el equipo también se centrará en el reciclaje de baterías de litio de estado sólido en futuras investigaciones.
