El desarrollo de baterías con una relación sobresaliente entre peso y capacidad energética constituye uno de los mayores desafíos en el sector automotriz e industrial. En este campo, un equipo de investigación conjunto del Laboratorio Tianmushan (Tianmu Mountain Laboratory) y la Universidad de Tsinghua ha anunciado un avance en la regulación del electrolito para baterías de litio-metal. El proyecto ha culminado con la creación de una celda en formato bolsa que alcanza el nivel de los 600 Wh/Kg, ofreciendo una alta estabilidad operativa.
Este salto en la densidad gravimétrica duplica los registros de las químicas convencionales utilizadas en turismos electrificados. La investigación se ha centrado en solventar las principales limitaciones de durabilidad y seguridad que históricamente han frenado a los ánodos de metal puro, permitiendo que una batería más ligera y compacta pueda almacenar una cantidad de energía significativamente mayor en el mismo volumen. Es decir, más energía en el mismo paquete, lo que se traduce en más autonomía.
Cátodos ternarios y baterías ricas en manganeso
En las pruebas realizadas a nivel de celda de tipo bolsa de 10 Ah, los investigadores han evaluado diferentes combinaciones para el cátodo. Al emparejar el ánodo de litio metálico con un cátodo ternario de alto contenido en níquel, la celda registra una densidad energética de 550,7 Wh/Kg. Durante los ensayos de ciclado, la celda ha sido capaz de conservar el 80% de su capacidad inicial tras completar 180 ciclos de carga y descarga.
El rendimiento energético aumentó todavía más al sustituir el conjunto por un cátodo compuesto por material rico en manganeso y litio. Bajo esta nueva configuración, la energía específica reversible de la batería superó la barrera de referencia hasta alcanzar los 602,5 Wh/Kg, estableciendo una cota de referencia para este tipo de estructuras.
Supresión de dendritas y protección en alto voltaje
El núcleo del avance reside en el desarrollo de un aditivo para el electrolito que actúa directamente sobre las interfaces de ambos electrodos. En el cátodo, este componente genera una capa protectora superficial diseñada para mitigar los daños y la degradación provocados por los ciclos continuados de alto voltaje.
De manera simultánea, la formulación química construye una capa interfacial estable sobre el ánodo de litio-metal. Esta barrera física y química suprime eficazmente el crecimiento de dendritas de litio, estructuras microscópicas que habitualmente provocan cortocircuitos internos y fallos prematuros en este tipo de celdas. Las baterías de litio comerciales actuales, que utilizan ánodos de grafito, se acercan a su límite teórico de densidad energética de aproximadamente 350 Wh/kg.
Estado del proyecto y camino hacia la producción
Pese a los prometedores resultados obtenidos en las celdas en formato bolsa, el equipo investigador aclara que la tecnología se mantiene actualmente en fase de investigación y desarrollo dentro de los laboratorios. El sistema todavía no ha alcanzado la fase de industrialización ni se produce a escala comercial. No obstante, los datos de rendimiento y de estabilidad interfacial aportan una base sólida para futuros procesos de fabricación orientados a vehículos y sistemas de movilidad que requieran una reducción drástica del peso del paquete de baterías. En el pasado, CATL ya había adelantado trabajos similares, aunque, al igual que los investigadores del Laboratorio Tianmushan, todavía no han conseguido crear la fórmula definitiva que haga posible su llegada comercial.