Baterías con electrolito sólido de litio, antimonio y escandio con un 30% más densidad energética

El electrolito sólido lleva años tocando a la puerta para convertirse en la próxima revolución en el sector de las baterías. Diferentes laboratorios trabajan a todo ritmo para lograr la combinación perfecta. Ahora, un grupo de investigadores de la Universidad Técnica de Múnich (TUM) han anunciado un avance que podría suponer un salto cualitativo en el desarrollo de estas siempre prometedoras baterías.

Según sus propias declaraciones, han creado un nuevo material compuesto por litio, antimonio y escandio que consigue una conductividad de iones de litio un 30% superior a cualquier material conocido hasta ahora.

El equipo liderado por el profesor Thomas F. Fässler, experto en química inorgánica y nuevos materiales, ha dado con la clave sustituyendo una parte del litio en el compuesto de antimoniuro de litio por el metal escandio. Esta modificación aparentemente sencilla tiene un efecto crucial: genera huecos o «vacantes» de forma controlada en la estructura cristalina del material conductor. Estas «autopistas» vacías facilitan enormemente el movimiento de los iones de litio, permitiendo alcanzar esta nueva marca de velocidad.

Conscientes de la magnitud del hallazgo, los investigadores de Fässler buscaron la confirmación de sus resultados en otro departamento de la TUM, concretamente en la cátedra de Electroquímica Técnica del profesor Hubert Gasteiger. «Dado que el material también conduce electricidad, supuso un reto especial y tuvimos que adaptar nuestros métodos de medición para ello», explica Tobias Kutsch, coautor del estudio encargado de las pruebas adicionales.

El profesor Fässler se muestra muy optimista sobre el potencial de este nuevo material: «Nuestro resultado representa actualmente un avance significativo en la investigación fundamental. Con la incorporación de pequeñas cantidades de escandio, hemos dado con un nuevo principio que podría ser una guía para otras combinaciones de elementos. Aún son necesarias muchas pruebas para su aplicación en una celda de batería. Sin embargo, somos optimistas porque los materiales que pueden conducir tanto iones como electrones son especialmente adecuados como aditivo en los electrodos. Dado que pueden surgir aplicaciones prácticas muy prometedoras, ya hemos solicitado la patente de nuestro desarrollo«.

Además de la notable mejora en la velocidad de conducción iónica, el nuevo material presume de estabilidad térmica y, según los investigadores, su fabricación es sencilla utilizando procesos químicos ya conocidos.

Jingwen Jiang, investigadora de TUMint Energy y autora principal del estudio, subraya que este trabajo ha dado lugar al descubrimiento de una clase de sustancias completamente nueva: «Nuestra combinación consiste en litio-antimonio y puede transferirse fácilmente también al litio-fósforo. Mientras que el anterior poseedor del récord se basaba en litio-azufre y necesitaba cinco elementos adicionales para su optimización, en nuestro caso solo se requiere escandio como componente adicional. Creemos que nuestro descubrimiento puede tener importancia para aumentar la conductividad en otras sustancias más allá de este ejemplo«.

Este avance europeo se suma a la creciente investigación a nivel mundial en el campo de las baterías de estado sólido, consideradas por muchos como la próxima generación de almacenamiento para vehículos eléctricos gracias a su potencial para ofrecer mayor seguridad, densidad energética y tiempos de carga más rápidos. Habrá que seguir de cerca los próximos pasos en la investigación y desarrollo de este prometedor material que además lleva sello europeo.

Fuete | TUM