Avance crucial para las baterías de los 1.000 km de autonomía: un fallo microscópico las frenaba
Investigadores han identificado una microcapa de carga que limita el rendimiento de las baterías con electrolito sólido. Aunque casi imperceptible, genera el 7% de la resistencia interna. Un descubrimiento que abre nuevas vías para mejorar su eficiencia y acelerar su llegada al mercado.
Las baterías con electrolito sólido llevan tiempo prometiendo revolucionar la movilidad eléctrica. Más seguras, más compactas y con más densidad energética que las actuales, son una de las grandes apuestas de la industria para alimentar los coches eléctricos del mañana. Pero como suele pasar con casi todo lo que parece perfecto, también tienen su talón de Aquiles.
Un equipo internacional de investigadores, encabezado por el Instituto Max Planck de Investigación en Polímeros (MPI-P) en Alemania y varias universidades japonesas, acaba de arrojar luz sobre un problema diminuto pero crítico que hasta ahora pasaba desapercibido: la formación de una capa de carga eléctrica en el interior de estas baterías.
Electrolito sólido: un atasco microscópico que ralentiza todo
Aunque parezca increíble, una capa de apenas 50 nanómetros de espesor —más fina que una pompa de jabón— está limitando la eficiencia de las baterías de estado sólido. Este fenómeno se produce en la interfaz con el electrodo positivo, donde los iones que se mueven por el electrolito sólido generan una acumulación de carga que actúa como una especie de embudo.
Esa carga acumulada frena el paso de otros iones, como si se formase un atasco interno en el punto más sensible del sistema. Y aunque esta microbarrera es casi imperceptible, contribuye a alrededor del 7% de la resistencia total de la batería, un porcentaje nada despreciable si se tiene en cuenta lo importante que es la eficiencia en cada etapa del proceso.
El problema no es nuevo. Se sabía que esta capa existía, pero nadie había conseguido medir su grosor real ni calcular con precisión su impacto en el rendimiento de una batería operativa.
Tecnología nueva para ver lo invisible
Para lograrlo, los científicos construyeron una batería modelo de película delgada y la estudiaron usando dos herramientas que nunca se habían aplicado juntas en este campo: microscopía de fuerza Kelvin (KPFM) y análisis de reacción nuclear (NRA).
La KPFM permite observar en tiempo real cómo varía el potencial eléctrico a nivel local dentro del dispositivo, mientras que el NRA mide con precisión la acumulación de litio en la interfaz con el electrodo positivo. Gracias a esta combinación, pudieron visualizar por fin el origen y el tamaño exacto de esa resistencia interna.
Según los investigadores, entender cómo y dónde se forma esta capa es clave para mejorar el diseño de las futuras baterías. Si se consigue ajustar el material del electrodo o su estructura interna, podría reducirse notablemente la resistencia interna y, con ello, acelerar la carga, mejorar la eficiencia y alargar la vida útil de las celdas.
La aplicación más directa de este avance, claro está, estará en el desarrollo de nuevas celdas para coches eléctricos. Porque si bien hoy las baterías de estado sólido aún están lejos de una producción masiva, descubrimientos como este acortan los plazos y allanan el camino.
Cada nanómetro cuenta, y ahora sabemos que dentro de esas futuras baterías hay mucho más por optimizar de lo que pensábamos.
Fuente | Pubs.acs.org
