En un avance significativo para la tecnología de baterías, investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson de Harvard han desarrollado una nueva batería de litio metálico capaz de ser cargada y descargada al menos 6,000 veces, con la capacidad de recargarse en cuestión de minutos.
Innovación en Anodos de Litio: Un Paso Gigante para la Tecnología de Baterías
Las baterías con ánodo de metal de litio son consideradas el “santo grial” de las baterías. Según Xin Li, autor principal del artículo publicado en Nature Materials, estas baterías poseen una capacidad diez veces mayor que los ánodos de grafito comerciales, lo que podría incrementar drásticamente la autonomía de los vehículos eléctricos.
Uno de los mayores desafíos en el diseño de estas baterías es la formación de dendritas en la superficie del ánodo. Estas estructuras, similares a raíces, crecen hacia el electrolito y perforan la barrera que separa el ánodo del cátodo, provocando cortocircuitos e incluso incendios. Estas dendritas se forman cuando los iones de litio se mueven del cátodo al ánodo durante la carga, adhiriéndose a la superficie del ánodo en un proceso llamado “plaqueo”. El plaqueo en el ánodo crea una superficie irregular, permitiendo el arraigo de las dendritas.
En 2021, Li y su equipo propusieron una solución a este problema diseñando una batería multicapa que intercalaba diferentes materiales entre el ánodo y el cátodo, previniendo la penetración de las dendritas no mediante su detención total, sino controlándolas y conteniéndolas.
Silicon hace toda la diferencia
En su más reciente investigación, el equipo ha impedido la formación de dendritas utilizando partículas de silicio de tamaño micrométrico en el ánodo. Este diseño restringe la reacción de litio en la superficie, evitando que los iones penetren más profundamente, a diferencia de las baterías de iones de litio líquido, donde los iones de litio destruyen las partículas de silicio en el ánodo.
En el diseño de Harvard, el metal de litio se envuelve alrededor de la partícula de silicio, creando una superficie homogénea que evita el crecimiento de dendritas. Además, debido a que el plaqueo y desplaqueo ocurre rápidamente en una superficie uniforme, la batería puede recargarse en solo unos 10 minutos.
Los investigadores construyeron una versión de celda de bolsa del tamaño de un sello postal, reteniendo el 80% de su capacidad después de 6,000 ciclos, superando a otras baterías de celda de bolsa en el mercado. La tecnología ha sido licenciada a Adden Energy, una empresa derivada de Harvard cofundada por Li.
Plata y otros metales
El equipo de Li también caracterizó las propiedades que permiten al silicio restringir la difusión de litio y favorecer el plaqueo homogéneo de litio. Identificaron docenas de otros materiales que podrían ofrecer un rendimiento similar, proporcionando un camino para identificar nuevos materiales para el diseño de baterías.
Este descubrimiento no solo promete una mayor durabilidad y seguridad en las baterías de litio, sino que también abre la puerta a una nueva era de tecnología de almacenamiento de energía, fundamental para la transición hacia fuentes de energía más limpias y sostenibles.
