La batería de estado sólido dura 6000 ciclos y se carga en minutos

Coches eléctricos y demás.

27 de enero de 2024 15:47 Robert Klatt

Una batería de estado sólido nueva no forma dendritas y, por lo tanto, puede soportar 6.000 ciclos de carga o más. En el futuro, la tecnología se utilizará en coches eléctricos.

Cambridge (Estados Unidos). Científicos de la Universidad de Harvard dirigidos por Xin Li han desarrollado una nueva batería de estado sólido a base de litio que se puede cargar en unos pocos minutos y puede soportar más de 6.000 ciclos de carga. Según la publicación de la revista Nature Materials, se trata de una celda tipo bolsa que se suele utilizar en teléfonos inteligentes y otros dispositivos pequeños. La tecnología también se puede utilizar para baterías, por ejemplo, para coches eléctricos.

“Las baterías de ánodo de metal de litio se consideran el Santo Grial de las baterías porque tienen diez veces la capacidad de los ánodos de grafito comerciales y podrían aumentar drásticamente la autonomía de los vehículos eléctricos. Nuestra investigación es un paso importante hacia baterías de estado sólido más prácticas para aplicaciones industriales y comerciales”.

Un problema central en el desarrollo de nuevas baterías es la formación de dendritas en la superficie del ánodo. Las dendritas son similares a la placa dental y penetran los electrolitos. Esto puede provocar cortocircuitos e incendios. Se deben a la deposición desigual de iones de litio durante el proceso de carga. Ya en 2021, investigadores de la Universidad de Harvard desarrollaron una estructura multicapa que puede reducir la formación de dendritas.

Las partículas de silicio previenen las dendritas.

Li y su equipo han desarrollado un método que puede prevenir por completo la formación de dendritas. Lo hicieron utilizando partículas de silicio del tamaño de un micrómetro en el ánodo, que reducen la litiación y dan como resultado una superficie uniforme con una gruesa capa de litio metálico. Esto significa que la litiación sólo tiene lugar en la superficie de las partículas de silicio y se forma una capa de metal litio alrededor del núcleo de silicio.

«En nuestro diseño, el metal litio se envuelve alrededor de la partícula de silicio, como una cáscara de chocolate duro alrededor de una semilla de avellana en un praliné».

Este recubrimiento crea una superficie uniforme que previene el crecimiento de dendritas. Además, esta superficie uniforme permite una carga y descarga rápida, lo que significa que la batería se puede cargar en tan solo diez minutos.

6.000 ciclos de carga

Para probar la tecnología, los investigadores construyeron una batería del tamaño de un sello postal que es significativamente más grande que las baterías habituales en los laboratorios universitarios. Esta batería retuvo el 80 por ciento de su capacidad después de 6.000 ciclos de carga, lo que supera significativamente a las baterías disponibles en el mercado.

“Investigaciones anteriores habían sugerido que otros materiales, incluida la plata, podrían servir como buenos materiales para el ánodo de las baterías de estado sólido. Nuestra investigación explica un posible mecanismo subyacente de este proceso y proporciona un camino para identificar nuevos materiales para el diseño de baterías”.

Desde entonces, la tecnología ha sido licenciada a la empresa derivada Adden Energy, que Li fundó con otros tres científicos de la Universidad de Harvard. A la empresa le gustaría seguir desarrollando la tecnología y llevarla a la madurez del mercado. Aún no está claro cuándo estarán disponibles comercialmente las baterías correspondientes para teléfonos inteligentes, coches eléctricos, etc.

Materiales de la naturaleza, doi: 10.1038/s41563-023-01722-x