Una batería alcanza los 467 Wh/kg gracias a la plata: estas son las consecuencias para el coche eléctrico

Conseguir una batería que almacene más energía sin aumentar su peso es una de las principales obsesiones de los desarrolladores. Pero de poco sirve lograr una cifra espectacular si la capacidad se pierde rápidamente con las recargas. Un equipo de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong, ha presentado una propuesta que aborda ambos problemas utilizando un aditivo basado en plata.

El trabajo, dirigido por el profesor Shao Minhua, ha conseguido una densidad energética de 467 Wh/kg en una celda de formato bolsa. Por separado, una celda de botón conservó el 90% de su capacidad después de 200 ciclos.

Cómo ayuda la plata a las baterías sin ánodo

La propuesta parte de una arquitectura denominada «sin ánodo inicial». En lugar de incorporar desde la fabricación un material activo en el electrodo negativo, utiliza un colector de corriente de cobre sobre el que se deposita el litio durante la carga. Prescindir de ese material inicial permite reducir peso y abre la puerta a simplificar la fabricación.

El problema aparece cuando el litio empieza a depositarse. La superficie del cobre no favorece un reparto uniforme, por lo que pueden formarse dendritas, unas estructuras similares a agujas que deterioran el funcionamiento de la celda y pueden provocar cortocircuitos internos. También resulta decisiva la estabilidad de la capa protectora que se forma en la superficie del electrodo, conocida como SEI.

Para mejorar ese comportamiento, los investigadores han incorporado al electrolito un aditivo multifuncional llamado AMI, que contiene iones de plata. Su función va más allá de añadir un ingrediente a la mezcla: desencadena una serie de procesos después del montaje de la celda para modificar el cobre, regular el depósito del litio y reforzar la protección del electrodo.

La plata facilita que el litio se deposite de forma más uniforme. Al mismo tiempo, el aditivo contribuye a formar una capa protectora con una zona interior rica en componentes orgánicos y otra exterior rica en componentes inorgánicos. El objetivo es permitir el movimiento de los iones y mantener una barrera estable durante las sucesivas cargas y descargas.

A ello se suma una reacción de polimerización en el electrolito que genera un gel cuasisólido. Este ayuda a mantener el contacto entre el electrodo y el electrolito, uno de los puntos delicados de estas baterías. Por tanto, no estamos ante una batería completamente de electrolito sólido, sino ante una configuración cuasisólida que busca mejorar la estabilidad de sus interfaces.

Qué demuestran los ensayos y qué falta por resolver

El estudio original, publicado en Nature Communications, aporta un matiz importante: la conservación del 90% se obtuvo con una celda de cátodo LFP ensayada a 0,1 C, un régimen lento que no permite sacar conclusiones sobre carga rápida. La celda de bolsa, de alrededor de 2 Ah y con cátodo NCM811, alcanzó los 467 Wh/kg calculados sobre el peso total de la celda. Son formatos y químicas diferentes.

Para un coche eléctrico, una mayor energía por kilo podría traducirse en más autonomía con un peso similar, o en una batería más ligera manteniendo su capacidad. Pero esa cifra corresponde a una celda: un pack completo necesita incorporar estructura, conexiones, refrigeración y sistemas de control, cuyo peso también cuenta.

El interés del trabajo está en intentar resolver varios problemas con un mismo proceso. Ahora queda comprobar si esa ventaja se mantiene al aumentar el tamaño de las celdas y las exigencias de utilización, y cuánto cuesta llevarla a producción. La plata ha dado un resultado interesante en el laboratorio; su siguiente examen será conservarlo fuera de él.

Fuente | Nature