Baterías de litio metálico que se cargan en 15 minutos y duran más
Un separador de polímeros de cristal líquido reduce la formación de dendritas y permite conservar el 94% de la…
Un equipo de investigadores del Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea del Sur (KAIST) ha desarrollado un separador para baterías de litio metálico que permite cargas en 15 minutos y reduce su degradación.
El avance, publicado en la revista científica ACS Nano, aborda dos de los principales retos de esta tecnología: la velocidad de carga y la durabilidad. Los responsables del proyecto son los profesores Dong Ki Yoon y Hye Ryung Byon.
Las baterías de litio metálico destacan por su mayor densidad energética frente a las de iones de litio convencionales. Sin embargo, su desarrollo se ha visto limitado por la formación de dendritas, estructuras que crecen durante la recarga y pueden provocar cortocircuitos o incendios.
El nuevo separador, fabricado con polímeros de cristal líquido, incorpora cadenas de polietilenglicol (PEG). Su estructura molecular, organizada verticalmente, facilita el movimiento de los iones de litio entre los electrodos.
Separador vertical reduce 2,5 veces tortuosidad iónica
Según los investigadores, la orientación vertical de las moléculas reduce 2,5 veces la tortuosidad de los recorridos iónicos respecto a una configuración horizontal. Esto permite una carga más rápida y uniforme, minimizando la formación de dendritas.
En pruebas de laboratorio, una celda con este separador conservó el 94% de su capacidad inicial tras 100 ciclos de carga y descarga a una tasa de 4C. Esta intensidad equivale, en términos teóricos, a una recarga completa en 15 minutos.
La pérdida de capacidad del 6% tras los ciclos demuestra, según los autores, el potencial del separador para operar con corrientes elevadas. No obstante, reconocen que aún queda por mejorar la durabilidad a largo plazo para su aplicación comercial.
Las pruebas se realizaron en condiciones controladas, distintas a las de un vehículo eléctrico en uso real. Los fabricantes exigen baterías capaces de soportar cientos o miles de ciclos durante su vida útil.
El equipo del KAIST considera que controlar la orientación molecular de los materiales puede ser clave para desarrollar baterías con mayor densidad energética, más autonomía y tiempos de carga reducidos.
El siguiente paso será validar estos resultados en celdas de mayor tamaño y durante un número más elevado de ciclos. Los investigadores destacan que, además de la velocidad de carga, la estabilidad tras cientos de miles de kilómetros será determinante.
«La orientación de estas moléculas tiene una influencia directa sobre el comportamiento de la celda. Cuando el material se organiza verticalmente, los iones encuentran caminos mucho más directos para desplazarse entre los electrodos».