La batería de estado sólido dura 6.000 ciclos y se recarga en minutos.

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 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 metálico 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 significativamente la autonomía de los vehículos eléctricos. Nuestra investigación representa 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. Son causadas por la deposición irregular de iones de litio durante el proceso de carga. Ya en 2021, investigadores de la Universidad de Harvard han desarrollado una estructura multicapa capaz de 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, lo que reduce la litiación y da como resultado una superficie uniforme con una gruesa capa de litio metálico. Esto significa que la litiación sólo se produce 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 está envuelto 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 rápidas, 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, significativamente más grande que las baterías estándar que se encuentran en los laboratorios universitarios. Esta batería mantuvo el 80% de su capacidad después de 6.000 ciclos de carga, superando significativamente el rendimiento de las baterías disponibles en el mercado.

“Investigaciones anteriores han sugerido que otros materiales, incluida la plata, podrían servir como buenos materiales anódicos para baterías de estado sólido. Nuestra investigación explica un posible mecanismo subyacente a 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 en el mercado las baterías correspondientes para teléfonos inteligentes, coches eléctricos, etc.

Materiales Naturales, doi: 10.1038/s41563-023-01722-x