Un ánodo de silicio “que respira” quiere cambiar las baterías de los coches eléctricos

Un equipo de investigadores chinos acaba de dar un paso muy interesante en uno de los grandes cuellos de botella de las baterías sólidas. Científicos de la Universidad de Ningbo, junto con colaboradores de otras dos instituciones técnicas del país, han desarrollado un nuevo tipo de ánodo de silicio con estructura tridimensional capaz de “respirar”, una solución pensada para resolver uno de los mayores problemas de este material.

El trabajo, publicado recientemente en la revista especializada Energy Storage Materials, plantea una forma completamente distinta de integrar el silicio en baterías de estado sólido, un tipo de batería que muchos consideran el objetivo final para la próxima generación de coches eléctricos gracias a su mayor seguridad, densidad energética y vida útil.

El silicio lleva años en el punto de mira. Sobre el papel es un material casi perfecto: su capacidad teórica para almacenar energía es hasta diez veces superior a la del grafito que se usa actualmente en la mayoría de baterías comerciales. El problema es que, en la práctica, se comporta como un auténtico dolor de cabeza. Durante los ciclos de carga y descarga, el silicio se expande más de tres veces su volumen, generando tensiones internas que acaban rompiendo el material, degradando el contacto con el electrolito y acortando drásticamente la vida de la batería.

Uno de los responsables del estudio lo explica con una comparación bastante gráfica. Si una batería fuese un almacén de energía, el silicio sería el “superestibador”, capaz de mover muchísima carga, pero con un carácter explosivo. Cada vez que se carga, se hincha como un globo; cada vez que se descarga, se desinfla. Tras repetir este proceso una y otra vez, el material termina fragmentándose y la batería muere de forma prematura.

La clave del nuevo enfoque está en dejar espacio al silicio para moverse. En lugar de utilizar polvo o partículas compactas, los investigadores han creado una estructura formada por nanohilos de silicio colocados en vertical, anclados directamente al colector de corriente y entrelazados entre sí como si fueran los árboles de un bosque. Entre ellos quedan múltiples huecos que actúan como auténticas válvulas de alivio.

Gracias a un proceso de deposición química en fase de vapor asistido por plasma, el equipo ha logrado una arquitectura de tipo núcleo-corteza con un diseño de doble fase. Este planteamiento permite que, cuando los iones de litio entran en el silicio durante la carga, el material se expanda hacia esos espacios libres sin dañar el electrolito sólido que lo rodea.

Los resultados son llamativos. El ánodo no solo mantiene un rendimiento electroquímico muy estable, sino que además muestra una resistencia mecánica fuera de lo común. En las pruebas realizadas, la batería seguía funcionando incluso después de ser doblada o cortada con tijeras, algo impensable en diseños convencionales y especialmente relevante en términos de seguridad.

Más allá del experimento concreto, el estudio propone una idea de fondo muy potente: unificar el transporte de iones y la integridad mecánica a través del diseño estructural, en lugar de intentar resolver ambos problemas por separado. Esto abre una vía realista para fabricar baterías de estado sólido con ánodos de silicio que combinen alta densidad energética y una vida útil mucho más larga.

Todavía queda camino antes de ver esta tecnología en producción, pero avances como este ayudan a entender por qué las baterías con electrolito sólido siguen siendo una de las grandes promesas para el futuro de los coches eléctricos.