¿Coches eléctricos imbatibles incluso bajo un frío brutal? Un nuevo electrolito promete hacerlo posible

Si pensamos en baterías de iones de litio y las asociamos a las bajas temperaturas, lo primero que suele venirle a la cabeza a todo el mundo es el efecto negativo que estas tienen en su rendimiento.

Coches eléctricos perdiendo autonomía, teléfonos móviles apagándose antes de tiempo o, si ya rizamos el rizo, sondas espaciales convirtiéndose en basura espacial a millones de kilómetros del planeta Tierra, vienen a nuestra mente.

Pues bien, la ciencia parece querer llevar la contraria si nos fijamos en el último estudio publicado sobre el impacto del frío extremo en las baterías de iones de litio… siempre y cuando estas utilicen los electrolitos adecuados.

La hipotermia en las baterías, cosa del pasado

El estudio al que hacemos referencia ha sido publicado en Springer Nature y lo han realizado un grupo formado por investigadores de la Universidad china de Chang’am y de la Universidad Tecnológica de Queensland, Australia.

En el mismo, estos científicos exploran el diseño de electrolitos de baja temperatura que permitan el movimiento de los iones de litio en dichas condiciones. Y el veredicto es positivo: es posible con la sustancia adecuada.

El electrolito tiene un papel crucial en las baterías, ya que contiene iones libres que le permiten comportarse como un conductor eléctrico. O, dicho de otro modo, conectar el ánodo y el cátodo de la batería.

Sin embargo, en condiciones muy frías, los iones tienen a moverse con mucha mayor dificultad y los procesos químicos se ralentizan a consecuencia de ello. No solamente eso, también aparecen las temidas dendritas, pequeñas agujas de litio que pueden provocar cortocircuitos.

Electrolitos diseñados con IA: la revolución silenciosa

El equipo de investigación se centró en buscar la receta adecuada para sortear los inconvenientes provocados por el frío, para lo cual recurrieron a la inteligencia artificial (IA).

En concreto, buscaron la forma de predecir y diseñar electrolitos capaces de funcionar con temperaturas de más de 40 ºC bajo cero. El análisis incluyó más de 150.000 candidatos moleculares sobre los cuales se calcularon propiedades clave como el punto de congelación, la viscosidad o la estabilidad química.

El resultado fue la identificación de sales de litio con comportamientos a la carta, disolventes que no se congelan y dejan moverse al litio libremente, así como mezclas capaces de formar capas protectores ultrafinas y de baja resistencia. El colofón final fue la elaboración de una fórmula de electrolito en gel que funcionaba con temperaturas extremadamente bajas.

De hecho, el equipo de investigación se sorprendió al encontrar algunos electrolitos que permitían a la batería mantener casi el 100 % de su capacidad tras 300 ciclos a -30 °C. Un hallazgo teniendo en cuenta que muchas baterías comerciales sufren de lo lindo a partir de -10 °C.

Aplicaciones: de Marte al Ártico

Si bien la aplicación más obvia puede ser la que permita a los coches eléctricos mantener niveles de rendimiento y autonomía óptimos bajo las condiciones invernales más extremas, las conclusiones de este estudio permiten valorar muchas otras situaciones menos convencionales.

Los autores del estudio mencionan, por ejemplo, los vehículos y dispositivos de exploración enviados a Marte, donde las noches pueden bajar de -120 °C. También el uso de drones en el Ártico, que necesitan alimentar cámaras, sensores y motores a temperaturas brutales. O, también, en el campo de la electrónica flexible, que puede seguir funcionando a -40 °C en sensores industriales o dispositivos IoT.

Como es habitual en estos casos, el equipo de investigadores deja claro que todavía queda mucho trabajo por hacer antes de imaginar siquiera que este avance tenga su aplicación práctica en el mercado.

De hecho, admiten que todavía son necesarios protocolos de pruebas estandarizados, robots que automaticen la síntesis de nuevos materiales y modelos de IA más avanzados, capaces de predecir incluso el crecimiento de dendritas.

Otro de los siguientes pasos a dar por el equipo de investigación es el análisis de electrolitos de alta entropía (mezclas complejas y muy estables), así como el uso de técnicas como la RMN criogénica, que permiten observar en tiempo real cómo se comportan los iones en condiciones polares.

Pero, independientemente de eso, la conclusión que puede extraerse es que ya es posible aspirar a tener baterías que no le teman al frío, que funcionen en el espacio y que tengan la capacidad de cambiar por completo el diseño de nuestros vehículos, dispositivos y misiones científicas.