Ingenieros de la UCSD desarrollan un diseño de aleación para baterías de estado sólido.
Los ingenieros de la Universidad de California en San Diego han desarrollado un diseño de aleación de litio y aluminio que podría acelerar la comercialización de las baterías de estado sólido para vehículos eléctricos, según una investigación publicada esta semana en Nature Communications.
El equipo, dirigido por los investigadores Zheng Chen y Yuju Jeon de la Escuela de Ingeniería Jacobs de UC San Diego, descubrió que manipular la proporción de litio y aluminio en los electrodos de las baterías mejora drásticamente el rendimiento al controlar la distribución de una fase altamente conductora dentro del material.
Incremento de velocidad diez mil millones de veces
El avance se centra en los electrodos negativos de aleación de litio y aluminio, que contienen dos fases distintas: una fase “beta” rica en litio y una fase “alfa” pobre en litio. Al aumentar la proporción de la fase beta, los investigadores descubrieron que los iones de litio pueden difundirse hasta diez mil millones de veces más rápido que a través de la fase alfa.
“Este es el primer estudio que establece una correlación entre la distribución de la fase beta y el comportamiento de difusión del litio en las aleaciones de litio y aluminio”, según el equipo de investigación.
En pruebas de laboratorio, las baterías equipadas con electrodos enriquecidos en la fase beta demostraron altas tasas de carga-descarga y mantuvieron un 83% de retención de capacidad después de 2.000 ciclos a una densidad de corriente de 4 mA cm⁻² con una alta carga de electrodo. La fase beta también creó estructuras de electrodos más densas y estables, mejorando los canales de difusión de litio entre el electrodo y el electrolito sólido.
Avances hacia la comercialización mediante colaboración industrial
La investigación se llevó a cabo en colaboración con LG Energy Solution, UC Irvine y UC Santa Bárbara, y contó con el apoyo del Laboratorio de Investigación Fronteriza LG Energy Solution–UC San Diego. Esta asociación forma parte de un esfuerzo más amplio de los principales fabricantes de baterías para superar los desafíos en el desarrollo de baterías de estado sólido antes de su comercialización prevista entre 2027 y 2030.
Las baterías de estado sólido prometen una carga más rápida, mayor densidad energética y mayor seguridad en comparación con las baterías de ion de litio convencionales, al reemplazar los electrolitos líquidos inflamables por materiales sólidos. Sin embargo, la tecnología ha enfrentado obstáculos como altos costos de fabricación, problemas de estabilidad en las interfaces y limitaciones en la conductividad iónica.
Los hallazgos podrían guiar el diseño de futuros electrodos basados en aleaciones con mayor densidad energética, tiempos de carga más rápidos y una vida útil más prolongada para vehículos eléctricos. UC San Diego y LG Energy Solution ya han colaborado anteriormente en innovaciones de baterías de estado sólido, incluida una investigación de 2021 sobre baterías de silicio de estado sólido publicada en Science.
