En un desarrollo innovador, investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Harvard John A. Paulson (SEAS) han presentado una nueva batería de estado sólido de litio metálico que promete revolucionar el almacenamiento de energía. Esta innovación presume la capacidad de soportar al menos 6,000 ciclos de carga, superando con creces las actuales celdas de batería, y puede recargarse en cuestión de minutos. Las aplicaciones potenciales de esta tecnología se extienden desde vehículos eléctricos hasta almacenamiento distribuido, marcando un avance significativo hacia un futuro energético sostenible.
En Búsqueda de una Densidad Energética Superior:
Las baterías de litio metálico representan un salto cuántico en densidad energética y reducción de peso en comparación con la tecnología convencional de iones de litio. Al reemplazar el grafito más pesado con litio metálico como ánodo, estas baterías podrían ofrecer potencialmente diez veces la capacidad de los ánodos comerciales de grafito, mejorando significativamente la autonomía de los vehículos eléctricos.
Superando los Desafíos de la Formación de Dendritas:
A pesar de su inmenso potencial, las baterías de litio metálico han enfrentado un obstáculo importante en forma de la formación de dendritas en la superficie del ánodo. Estas dendritas conducen a una degradación rápida, cortocircuitos e incluso representan un peligro de incendio. En respuesta a este desafío, los investigadores de Harvard SEAS, liderados por el Profesor Asociado Xin Li, han ideado una solución innovadora.
El Enfoque Innovador:
En un avance anterior en 2021, el equipo de Li diseñó una batería multicapa que mitigaba la penetración de dendritas colocando materiales de diversas estabilidades entre el ánodo y el cátodo. Basándose en esto, la última investigación utiliza partículas de silicio de tamaño micrométrico en el ánodo para restringir la reacción de litación, evitando la formación de dendritas y facilitando el plateado homogéneo de una gruesa capa de litio metálico.
Analogía del Bombón de Chocolate:
Li aclara el concepto comparándolo con una “cubierta de chocolate dura alrededor de un núcleo de avellana en un bombón de chocolate”. En este diseño, el litio metálico envuelve la partícula de silicio, creando una superficie homogénea que distribuye uniformemente la densidad de corriente, inhibiendo eficazmente el crecimiento de dendritas. El resultado es una batería capaz de recargarse en tan solo 10 minutos debido al rápido plateado y desplateado en esta superficie uniforme.
Impresionante Longevidad y Aplicación Comercial:
Los investigadores construyeron una versión de celda de bolsillo del tamaño de un sello postal, que superó a las baterías de celda de bolsillo existentes al retener el 80% de su capacidad después de asombrosos 6,000 ciclos. Esta tecnología ha sido licenciada a Adden Energy, una empresa derivada de Harvard cofundada por Li y tres exalumnos de Harvard. Adden Energy ha escalado con éxito la tecnología para crear una batería de celda de bolsillo del tamaño de un teléfono inteligente, demostrando el potencial para aplicaciones industriales y comerciales prácticas.
Un Camino hacia Nuevos Materiales:
Además, el equipo de Li ha caracterizado las propiedades únicas que permiten al silicio restringir la difusión del litio, revelando un camino para identificar nuevos materiales para el diseño de baterías. Esto abre posibilidades para explorar materiales alternativos que podrían ofrecer resultados de alto rendimiento similares, revolucionando potencialmente el panorama de la tecnología de baterías de estado sólido.
Conclusión:
El desarrollo de esta nueva batería de litio metálico de estado sólido no solo aborda los desafíos asociados con la formación de dendritas, sino que también nos acerca a la realización de baterías más prácticas y eficientes para diversas aplicaciones. Con sus capacidades de carga rápida, longevidad y características mejoradas de seguridad, esta tecnología podría desempeñar un papel fundamental en la adopción generalizada de vehículos eléctricos y avances en sistemas de almacenamiento de energía, contribuyendo significativamente a un futuro energético sostenible.