Científicos japoneses desarrollan nueva solución para baterías con electrolito sólido

Uno de los principales problemas planteados por las baterías con electrolito sólido es su baja vida útil. Su rápida degradación las hacen inviables hoy en día. Pero el desarrollo de un nuevo material de electrodo positivo ha logrado dar con la tecla para pavimentar la llegada de esta prometedora tecnología a su producción en masa.

Ofrecer baterías de litio estables, que no se incendien, es un desafío clave de cara a la transición energética, especialmente en sectores donde este aspecto es crítico, como la aviación. Sectores donde el electrolito sólido puede ser una alternativa, además de ser una química con el potencial de aumentar la densidad energética, reducir pesos, e incluso llegar a ser más económica por su mayor sencillez.

El principal problema es la rápida degradación en el ciclo electroquímico, lo que reduce su vida útil. Además, los electrodos no actúan de forma aislada y esto puede resultar difícil de gestionar, especialmente en baterías de estado sólido. Algo que ha llevado a los investigadores a buscar alternativas.

Sistema binario compuesto para el electrolito sólido

Un grupo de investigadores de la Universidad de Yokohama y de la UNSW de Australia han diseñado un material de electrodo positivo que ofrece una estabilidad sin precedentes en las baterías en estado sólido, ofreciendo una solución a un problema clásico de este tipo de tecnología como es la alteración de la estructura cristalina y la influencia de ello en su volumen. Estos cambios repetidos en el mismo, acaban provocando alteraciones irreversibles que reducen su vida útil notablemente.

El equipo de científicos ha encontrado un tipo de material de electrodo positivo con una elevada estabilidad. Concretamente, el material del que hablamos es el que forma un sistema binario compuesto por porciones optimizadas de titanato de litio (Li2TiO3) y dióxido de litio y vanadio (LiVO)2).

Cuando este material se muele a un tamaño de partícula apropiado del orden de nanómetros, este ofrece una alta capacidad gracias a la gran cantidad de iones de litio que se pueden insertar y extraer reversiblemente durante el proceso de carga y descarga.

Un material que además tiene una propiedad especial que lo posiciona por encima de los sistemas actuales en desarrollo: su volumen prácticamente no cambia cuando está cargado y descargado. Según el equipo responsable de los trabajos: «Cuando la contracción y la expansión están bien equilibradas, la estabilidad dimensional se mantiene mientras la batería se carga o descarga, es decir, durante el ciclado. Anticipamos que un material verdaderamente invariable dimensionalmente, uno que retenga su volumen en el ciclo electroquímico, podría desarrollarse optimizando aún más la composición química del electrolito«.

Este nuevo material, junto con sus propiedades, permite también un incremento del rendimiento de las baterías. El equipo probó este nuevo material de electrodo positivo en una celda combinando un electrolito sólido apropiado y un electrodo negativo. Esta celda exhibió una capacidad notable de 300 mAh/g sin degradación durante 400 ciclos de carga y descarga a alta potencia.

Un avance que aumenta el optimismo en una alternativa que los expertos puede reducir drásticamente los costes de las baterías, así como permitir el diseño de vehículos eléctricos más avanzados tanto en aspectos de autonomía, como reducción de consumos, e incluso ampliar las aplicaciones a sectores hasta ahora vetados, o muy complejos, para las baterías con electrolito líquido.

Y, según afirman los investigadores, al refinar aún más los materiales de electrodos dimensionalmente invariantes, pronto será posible fabricar baterías que sean lo suficientemente buenas para vehículos eléctricos en términos de precio, seguridad, capacidad, velocidad de carga y vida útil.

La gran pregunta es el cuándo. De momento no hay fechas para el inicio de su producción, que como hemos visto en otras ocasiones debe pasar antes por un proceso de pruebas y verificación por parte de los fabricantes de baterías y de coches.

Una de las referencias es Toyota, que trabaja intensamente en esta alternativa, pero que indican no llegará al menos hasta 2027 o 2028. Y eso en el mejor de los casos, ya que algunos estiman que no lo harán hasta 2030.

Lo que si está claro es que la próxima década será eléctrica, y que puede ser la del electrolito sólido.