El azufre podría ser la clave para acelerar las baterías sólidas

Un equipo de investigadores está trabajando en una modificación basada en azufre que permite acelerar el movimiento de los iones de litio dentro de las baterías de estado sólido, uno de los grandes cuellos de botella de esta tecnología.

El trabajo se está desarrollando en la Universidad Estatal de Kennesaw (Estados Unidos) donde los investigadores buscan resolver uno de los principales problemas que impiden que las baterías de estado sólido den el salto definitivo al mercado: la lentitud con la que se mueven los iones en un electrolito sólido.

Las baterías con electrolito sólido sustituyen el electrolito líquido inflamable de las baterías de ion-litio convencionales por un material sólido. Esto reduce de forma notable el riesgo de incendios y mejora la estabilidad térmica, algo especialmente relevante en aplicaciones como los coches eléctricos, el almacenamiento estacionario o la electrónica de consumo.

El problema es que, aunque son más seguras, los iones de litio se desplazan con mayor dificultad a través de materiales sólidos, lo que limita tanto la velocidad de carga como el rendimiento general de la batería.

La investigación está liderada por Beibei Jiang, profesora del Departamento de Ingeniería Eléctrica y de Computadores, que junto a su equipo trabaja en un electrolito sólido compuesto que combina materiales cerámicos y polímeros. La clave está en cómo se relacionan entre sí estos materiales a nivel interno.

Al modificar este electrolito con grupos químicos basados en azufre, los investigadores han conseguido reducir la resistencia en las interfaces entre los distintos materiales, permitiendo que los iones de litio se muevan de forma más eficiente.

El objetivo, según explica Jiang, es claro: eliminar por completo los componentes inflamables para lograr una batería mucho más segura. Al prescindir del electrolito líquido y rediseñar los materiales sólidos del interior, se reducen los riesgos de sobrecalentamiento, cortocircuitos e incendios, sin renunciar a mejorar el rendimiento.

Las baterías de estado sólido llevan años señaladas como el siguiente gran paso para los coches eléctricos, pero el problema del transporte lento de iones sigue siendo una barrera técnica difícil de superar. En lugar de rediseñar toda la arquitectura de la batería, el equipo ha optado por mejorar la unión interna entre los materiales que ya se utilizan.

Un camino más fluido para el litio

La introducción de grupos químicos de azufre en el electrolito compuesto ha mejorado la unión entre las fases cerámica y polimérica. Esto reduce la resistencia en esas zonas críticas y permite que los iones de litio se desplacen con mayor libertad a través de la estructura sólida.

Jiang utiliza una comparación sencilla para explicarlo: los iones de litio son como coches en una autopista. La modificación con azufre equivale a alisar esa autopista, permitiendo que el tráfico fluya más rápido. El resultado es una batería que puede cargarse antes y ofrecer un mejor rendimiento.

Durante los experimentos, el equipo descubrió además una interacción especialmente fuerte entre el azufre y el circonio presente en la parte cerámica del electrolito. Según los investigadores, esta interacción es clave para las mejoras observadas y no había sido documentada anteriormente en el campo de las baterías de estado sólido.

De hecho, el hallazgo fue casi accidental. En las primeras pruebas, los estudiantes observaron una reacción que se producía mucho más rápido de lo esperado. En lugar de descartar el resultado, el equipo decidió investigar su origen y ajustar el proceso para hacerlo controlable.

La reacción, que en un primer momento se descontrolaba en apenas unos segundos, terminó convirtiéndose en una de las pistas más importantes para entender por qué el rendimiento mejoraba de forma tan notable.

Ahora queda el paso más importante, y complejo, que es pasar del laboratorio a la calle. Un proceso donde muchos avances no logran pasar, y que esperamos este sea uno de los que lo consiga.

Fuente | Kennesaw