Una nueva batería de litio‑metal logra 9.000 horas sin degradarse
Investigadores chinos logran un hito histórico con una batería de litio‑metal capaz de mantener su estabilidad durante 9.000 horas. Su nuevo electrolito en gel elimina los riesgos de fuga y sobrecalentamiento.
Un grupo de investigadores de la Universidad de Nankai, en colaboración con otros centros de China, ha logrado un avance que puede marcar un antes y un después en el desarrollo de las baterías para coches eléctricos. Han creado un nuevo tipo de electrolito en gel que supera los problemas de seguridad y durabilidad que hasta ahora habían frenado la adopción de las baterías de litio-metal.
El nuevo material, bautizado como gel eutéctico profundo fluorinado, ofrece una estabilidad y rendimiento nunca vistos hasta la fecha. En las pruebas realizadas, las celdas simétricas de litio mantuvieron un funcionamiento estable durante más de 9.000 horas, mientras que las celdas de tipo litio‑hierro‑fosfato conservaron un 81,7 % de su capacidad tras 2.500 ciclos. Incluso a temperaturas elevadas de 80 °C, el sistema mostró una estabilidad destacable durante 300 ciclos.
Este resultado supone romper una de las principales barreras técnicas que lastraban el potencial de las baterías de litio‑metal, consideradas desde hace años como la alternativa más prometedora a las de iones de litio actuales por su mayor densidad energética.
Cómo se ha conseguido esta mejora
El equipo de Nankai abordó uno de los mayores problemas de este tipo de baterías: la inestabilidad de los electrolitos líquidos, que pueden provocar fugas, combustión o la aparición de dendritas, unas estructuras metálicas microscópicas que atraviesan el separador y causan cortocircuitos.
Para resolverlo, los investigadores diseñaron a nivel molecular una serie de amidas fluoradas, identificando el compuesto 2,2,2‑trifluoro‑N‑metilacetamida como el componente clave. Su estructura facilita la liberación rápida de iones de litio y la formación de una capa protectora (SEI) muy compacta y resistente, rica en fluoruro de litio (LiF) y nitruro de litio (Li₃N).
Las pruebas con microscopía de fuerza atómica confirmaron que esta capa tiene un módulo de rigidez de 6,9 GPa, lo que indica una estructura sólida capaz de resistir la expansión y prevenir la aparición de dendritas.
El formato en gel también aporta ventajas adicionales: elimina el riesgo de fugas, reduce la expansión térmica y mejora la seguridad en condiciones extremas. En ensayos de seguridad, las celdas de gran formato superaron sin problemas pruebas de perforación con clavo y simulaciones de fuga térmica, dos de los escenarios más exigentes para evaluar la integridad de una batería.
Según el profesor Tianfei Liu, uno de los autores principales, “este trabajo demuestra cómo el diseño molecular preciso puede resolver de forma simultánea varios de los desafíos fundamentales de las baterías de litio‑metal”.
Por su parte, el profesor Kai Zhang subraya que la estrategia “une la química básica con los requisitos reales de rendimiento, y sienta las bases para una nueva generación de electrolitos de alto rendimiento”.
Aplicación práctica en coches eléctricos
El salto tecnológico de este electrolito podría acercar la comercialización de las baterías de litio‑metal, un formato que promete duplicar la densidad energética actual de las de iones de litio. Esto permitiría desarrollar coches eléctricos con más autonomía, menor peso y tiempos de recarga más cortos.
Además, la mayor estabilidad térmica y química de este nuevo gel abre la puerta a su uso no solo en automóviles, sino también en sistemas de almacenamiento estacionario de gran capacidad, algo esencial para gestionar la energía procedente de fuentes renovables.
China ya trabaja en prototipos de celdas de gran tamaño con esta tecnología, y los resultados iniciales sugieren que podría estar lista para producción comercial en pocos años. Si se confirma su escalabilidad, el impacto sobre la industria del coche eléctrico sería enorme, reduciendo costes y aumentando la seguridad.
Este mismo año otros equipos chinos han presentado aditivos para electrolitos capaces de prolongar la vida útil de las baterías de litio‑metal hasta 3.000 ciclos, lo que muestra el enorme esfuerzo de investigación que se está realizando en este campo.
En conjunto, la aparición de este nuevo gel eutéctico profundo podría marcar el inicio de una nueva generación de baterías mucho más seguras, duraderas y eficientes. Un paso más hacia el coche eléctrico definitivo.
Fuente | Pubs.acs
