Coches eléctricos capaces de cargar en solo 12 minutos gracias al litio metálico

A medida que la adopción de coches eléctricos se acelera en todo el mundo, los fabricantes buscan baterías capaces de almacenar más energía y recargarse en minutos en lugar de horas para diferenciarse de la competencia.

Dentro de las muchas líneas de investigación abiertas, las baterías de litio-metal se consideran una alternativa prometedora frente a las actuales de ion de litio, gracias a su mayor densidad energética. Sin embargo, los problemas de seguridad y durabilidad han frenado su comercialización hasta ahora.

¿Por qué las baterías de litio-metal presentan dificultades?

El mayor desafío surge durante la carga. El litio tiende a formar estructuras microscópicas en forma de agujas, conocidas como dendritas . Estas pequeñas estructuras pueden perforar las capas internas de la batería, provocando cortocircuitos, pérdida rápida de capacidad e incluso incendios.

El problema está relacionado con la llamada inestabilidad interfacial , que se produce en la superficie donde el electrodo se encuentra con el electrolito. Durante ciclos repetidos de carga y descarga, esta interfaz se vuelve irregular y el litio se deposita de forma desigual, fomentando el crecimiento de dendritas y la inestabilidad térmica.

Incluso bajo condiciones moderadas, mantener un movimiento estable del litio en la superficie del electrodo ha resultado complicado. En muchos estudios, densidades de corriente de aproximadamente 4 miliamperios por centímetro cuadrado ya se consideran altas, equivalentes a 4 mA fluyendo a través de cada 1 cm² de electrodo. Superar esta inestabilidad es clave para hacer viables estas baterías en coches eléctricos reales.

Una capa protectora inteligente que reorganiza la carga

El equipo de investigación, liderado por los profesores Nam-Soon Choi y Seungbum Hong en KAIST, junto con el profesor Sang Kyu Kwak en la Universidad de Corea, abordó el problema a nivel de la estructura electrónica , en lugar de limitarse a ajustar materiales de manera convencional.

Introdujeron tiophene en el electrolito , creando lo que se describe como una capa protectora inteligente sobre la superficie del litio. A diferencia de los recubrimientos estáticos, esta capa se reorganiza dinámicamente a medida que los iones de litio se desplazan. Los investigadores la comparan con un sistema de tráfico inteligente que ajusta los carriles según el flujo de coches, formando caminos estables para los iones y evitando acumulaciones desiguales.

Simulaciones con teoría del funcional de densidad confirmaron que este aditivo ofrece mucha más estabilidad interfacial que los aditivos de electrolito comerciales existentes, logrando suprimir efectivamente el crecimiento de dendritas incluso en condiciones de carga agresivas.

Rendimiento estable en cargas extremas

Los investigadores lograron una carga completa en solo 12 minutos mientras operaban a más de 8 mA por centímetro cuadrado, niveles cercanos a los que requieren los coches eléctricos durante la carga rápida y la aceleración intensa.

Para observar el comportamiento interno de la batería, utilizaron microscopía de fuerza atómica in situ , permitiendo visualizar la deposición de litio a escala nanométrica. Incluso con alta corriente, el litio se depositaba y retiraba uniformemente, confirmando la estabilidad mecánica y estructural.

Además, la tecnología es compatible con materiales de cátodo ampliamente utilizados, como litio hierro fosfato, litio cobalto óxido y litio níquel-cobalto-manganeso óxido , lo que facilita su integración en la fabricación actual de automóviles eléctricos.

Según sus desarrolladores, “esta investigación no es simplemente una mejora de materiales, sino un logro que resuelve un problema fundamental de las baterías mediante el diseño de la estructura electrónica”. Añadió que será una tecnología fundamental para baterías de próxima generación , capaces de combinar carga rápida y larga vida útil.

Fuente | InfoMat