La batería de litio metálico súper estable con una densidad energética superior a 600 Wh/kg
El desarrollo de baterías que ofrezcan una relación sobresaliente entre peso y capacidad energética constituye uno de los principales desafíos a los que se enfrentan los sectores automotriz e industrial. En este ámbito, un equipo de investigación conjunto del Laboratorio Tianmushan (Tianmu Mountain Laboratory) y la Universidad de Tsinghua ha anunciado un avance significativo en la regulación del electrolito para baterías de litio-metal. El proyecto ha culminado con la creación de una celda en formato bolsa que alcanza los 600 Wh/kg, ofreciendo una alta estabilidad operativa.
Este salto en la densidad gravimétrica duplica los registros de las químicas convencionales utilizadas en turismos electrificados. El estudio se ha enfocado en abordar las principales deficiencias en términos de durabilidad y seguridad que han limitado el potencial de los ánodos de metal puro en el pasado. Este enfoque ha permitido el desarrollo de una batería más ligera y compacta que puede almacenar una cantidad de energía significativamente mayor en un volumen reducido. En otras palabras, se ha logrado aumentar la energía en el mismo paquete, lo que se traduce en una mayor autonomía.
Cátodos ternarios y baterías ricas en manganeso.
En las pruebas realizadas a nivel de celda de tipo bolsa de 10 Ah, los investigadores han evaluado diferentes combinaciones para el cátodo. Al realizar el emparejamiento del ánodo de litio metálico con un cátodo ternario de alto contenido en níquel, la celda registra una densidad energética de 550,7 Wh/kg. Durante los ensayos de ciclado, la celda ha demostrado una capacidad de conservación del 80% de su capacidad inicial tras completar 180 ciclos de carga y descarga, lo que la convierte en una opción confiable y eficiente para aplicaciones de almacenamiento de energía.
El rendimiento energético experimentó un incremento notable al sustituir el conjunto por un cátodo compuesto por material rico en manganeso y litio. Bajo esta nueva configuración, la energía específica reversible de la batería superó la barrera de referencia hasta alcanzar los 602,5 Wh/kg, estableciendo así un nuevo estándar de referencia para este tipo de estructuras.
Supresión de dendritas y protección en alto voltaje.
El núcleo del avance reside en el desarrollo de un aditivo para el electrolito que actúa directamente sobre las interfaces de ambos electrodos. En el cátodo, este componente genera una capa protectora superficial diseñada para mitigar los daños y la degradación provocados por los ciclos continuados de alto voltaje.
De manera simultánea, la formulación química construye una capa interfacial estable sobre el ánodo de litio-metal. Esta barrera física y química suprime eficazmente el crecimiento de las dendritas de litio, estructuras microscópicas que habitualmente provocan cortocircuitos internos y fallos prematuros en este tipo de celdas.
Actualmente, las baterías de litio comerciales, que emplean ánodos de grafito, se aproximan a su límite teórico de densidad energética, que se estima en aproximadamente 350 Wh/kg.
Estado del proyecto y camino hacia la producción.
A pesar de los resultados prometedores obtenidos en las celdas en formato bolsa, el equipo investigador aclara que la tecnología se mantiene actualmente en fase de investigación y desarrollo dentro de los laboratorios. El sistema aún no ha alcanzado la fase de industrialización y no se produce a escala comercial. Sin embargo, los datos de rendimiento y estabilidad interfacial proporcionan una base sólida para futuros procesos de fabricación orientados a vehículos y sistemas de movilidad que requieran una reducción drástica del peso del paquete de baterías. En el pasado, CATL ya había adelantado trabajos similares, aunque, al igual que los investigadores del Laboratorio Tianmushan, todavía no han conseguido crear la fórmula definitiva que haga posible su llegada comercial.
Escrito por José Miguel Fernández Gómez.
