Una nueva tecnología desarrollada en Corea del Sur podría marcar un antes y un después en el diseño de baterías de litio, especialmente en el contexto de los vehículos eléctricos y sistemas de almacenamiento de energía. Un equipo de investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Pohang (POSTECH), en colaboración con la Universidad Nacional de Gyeongsang y el Instituto Coreano de Investigación Energética (KIER), ha desarrollado una membrana separadora molecular que actúa como un escudo protector, logrando que las baterías sean más seguras y con una durabilidad mucho mayor.
Por qué las baterías de litio-metal son el futuro (aunque todavía no lo eran)
A diferencia de las baterías de ion-litio tradicionales, que están cerca de su límite teórico de capacidad, las baterías de litio-metal prometen almacenar hasta un 50% más de energía en el mismo volumen. Eso significa que un coche eléctrico que hoy recorre 400 km podría alcanzar los 700 km por carga usando esta tecnología.
Pero no todo es tan simple. Las baterías de litio-metal presentan un problema grave: durante el proceso de carga, los iones de litio tienden a depositarse de forma desordenada sobre el ánodo, formando unas estructuras conocidas como dendritas, que se asemejan a pequeños árboles de navidad hechos de metal. Estas dendritas pueden crecer lo suficiente como para atravesar el separador que mantiene aislados el ánodo y el cátodo, provocando cortocircuitos, incendios e incluso explosiones.
La solución: una membrana con funciones dobles
El avance coreano consiste en modificar químicamente el separador tradicional de poliolefinas utilizado en las baterías. Mediante un proceso de ingeniería molecular, los científicos incorporaron grupos funcionales de fluor (F-) y oxígeno (O-) sobre la superficie del separador. Estos grupos tienen la capacidad de controlar las reacciones entre los electrodos y el electrolito, funcionando como una especie de semáforo molecular que organiza el tráfico de iones y electrones dentro de la batería.
Gracias a esta modificación, se forma una capa uniforme de fluoruro de litio (LiF) en el ánodo, lo que evita el crecimiento de dendritas. Al mismo tiempo, se bloquea la generación de ácido fluorhídrico (HF) en el cátodo, que es altamente corrosivo y daña la estructura interna de la batería. En resumen, la membrana actúa como una barrera protectora activa en ambos extremos, algo así como una chaqueta antibalas ultrafina que cubre a ambos lados del sistema.
Resultados prometedores en condiciones reales
Uno de los aspectos más destacables de esta tecnología es que los resultados no se obtuvieron solo en condiciones ideales de laboratorio. Los investigadores probaron la membrana bajo escenarios realistas: con alta temperatura (55 °C), bajo contenido de electrolito y un ánodo de litio delgado, que son condiciones similares a las que podría enfrentar una batería en un vehículo eléctrico real.
Aun así, las baterías con esta membrana conservaron un 80% de su capacidad inicial tras 208 ciclos de carga y descarga, una cifra muy superior a lo que suelen lograr las baterías de litio-metal actuales. Además, las celdas en formato pouch lograron densidades energéticas de 385,1 Wh/kg y 1135,6 Wh/L, superando por mucho a las baterías comerciales de ion-litio, que alcanzan apenas 250 Wh/kg y 650 Wh/L.
Compatible con la producción actual de baterías
Otro punto clave es que esta tecnología no requiere rediseñar desde cero las líneas de producción existentes. Como indicó el profesor Soojin Park, uno de los líderes del estudio, la membrana modificada puede integrarse dentro de los procesos actuales de fabricación de baterías de ion-litio. Esto abre la puerta a una transición más sencilla y rentable hacia baterías de litio-metal, sin la necesidad de grandes inversiones en nuevas infraestructuras.
Comprensión a nivel atómico
Para entender por qué funciona esta membrana, los investigadores usaron herramientas computacionales avanzadas como la teoría del funcional de la densidad (DFT) y la dinámica molecular (MD). Estas simulaciones permitieron analizar cómo los grupos funcionales alteran la estructura electrónica de los materiales, optimizando las reacciones que ocurren en las interfaces de los electrodos. Es como mirar con una lupa atómica los movimientos internos de la batería para rediseñar su comportamiento desde la base.
Impacto en almacenamiento de energía a gran escala
Más allá de los coches eléctricos, esta tecnología podría tener un impacto importante en los sistemas de almacenamiento de energía renovable (ESS). Tal como señaló el Dr. Gyujin Song del KIER, la alta durabilidad y seguridad de estas baterías las convierte en candidatas ideales para aplicaciones donde la fiabilidad a largo plazo es esencial.
☞ El artículo completo original de Natalia Polo lo puedes ver aquí