La búsqueda de baterías más eficientes para vehículos eléctricos, dispositivos móviles y almacenamiento de energía renovable ha llevado a los investigadores a explorar nuevos materiales, diseños y configuraciones. Sin embargo, un aspecto crucial ha sido históricamente ignorado: la textura de los metales utilizados en las baterías.
Un nuevo estudio de la Universidad de Chicago en colaboración con Thermo Fisher Scientific ha demostrado que mejorar la textura de los metales en las baterías puede multiplicar por diez su rendimiento en sistemas de almacenamiento de estado sólido. Este descubrimiento, publicado en la revista Joule, podría marcar un avance significativo en el desarrollo de baterías de alta eficiencia.
La importancia de la textura en los ánodos metálicos
Metales blandos como el litio y el sodio tienen propiedades excepcionales para ser utilizados como ánodos en baterías recargables de alta densidad energética. Sin embargo, la orientación de sus granos en la estructura del metal (su textura) juega un papel clave en la velocidad de carga y descarga.
«Descubrimos que agregar una capa delgada de silicio entre el metal de litio y el colector de corriente ayuda a crear la textura ideal», explicó Minghao Zhang, autor principal del estudio. «Este cambio mejoró la capacidad de carga de la batería casi diez veces en las baterías de estado sólido».
La textura ideal permite que los átomos se muevan rápidamente a lo largo de la superficie del metal, facilitando una carga y descarga más eficiente. Hasta ahora, este factor no se había considerado en profundidad en el diseño de baterías recargables.
Avances en la investigación de materiales para baterías
Para estudiar estos materiales, los investigadores utilizaron una técnica avanzada que combina microscopía de haz de iones enfocado en plasma (PFIB-SEM) con difracción de electrones retrodispersados (EBSD). Esto les permitió analizar la textura del metal con una precisión sin precedentes.
Según Zhao Liu, de Thermo Fisher Scientific, «recoger información sobre la textura en metales blandos es un desafío, ya que su alta reactividad complica el acceso a las áreas de interés». Sin embargo, la combinación de PFIB y EBSD ha permitido obtener imágenes detalladas de la estructura del metal y su impacto en el rendimiento de las baterías.
Aplicaciones comerciales y el futuro del almacenamiento de energía
El siguiente paso en esta investigación es reducir la presión de prueba de 5 megapascales (MPa) a 1 MPa, el estándar en la industria de baterías comerciales. Además, el equipo planea estudiar el impacto de la textura en baterías de sodio, un material más barato y abundante que el litio.
Este avance ha captado la atención de la industria, y la empresa LG Energy Solution ya se ha asociado con el equipo de investigación para explorar la comercialización de esta tecnología. Según Jeong Beom Lee, investigador senior de LG, «la creciente demanda de baterías para vehículos eléctricos y almacenamiento de energía nos obliga a innovar constantemente. Asociaciones con universidades son clave para desarrollar la próxima generación de baterías».
¿Qué significa esto para el futuro de las baterías?
El descubrimiento de la influencia de la textura del metal podría revolucionar el diseño de baterías de próxima generación. Si se logra adaptar esta tecnología a procesos industriales escalables, podríamos ver baterías más rápidas, eficientes y económicas en el mercado en los próximos años.
Desde WWWhat’s New, creemos que esta investigación abre la puerta a una nueva era en la ciencia de materiales para baterías, acercándonos a un futuro donde la eficiencia energética sea la norma y no la excepción.