LG Energy Solution está trabajando en la comercialización de esta tecnología para el mercado de vehículos eléctricos y almacenamiento de energía renovable.
Innovación en baterías: la textura del metal como clave para mejorar el rendimiento
Para desarrollar las nuevas baterías necesarias en vehículos eléctricos, dispositivos móviles y almacenamiento de energía renovable, los investigadores han explorado diferentes enfoques, desde el uso de nuevos materiales y diseños hasta innovadoras configuraciones y reacciones químicas. Sin embargo, un aspecto crucial ha sido históricamente pasado por alto: la textura de los metales utilizados.
El impacto de la textura en los metales blandos
Los metales blandos como el litio y el sodio presentan propiedades excepcionales para ser utilizados como electrodos negativos en baterías. En particular, el litio es considerado el ánodo definitivo para las baterías recargables de alta energía del futuro. No obstante, existía una brecha en la comprensión sobre cómo la orientación de los granos, también conocida como textura, influye en el desempeño de las baterías metálicas recargables.
Un estudio reciente del Laboratorio de Almacenamiento y Conversión de Energía de la Universidad de Chicago en colaboración con la empresa Thermo Fisher Scientific ha logrado superar esta barrera, demostrando que la mejora en la textura del metal puede incrementar significativamente el rendimiento de las baterías. Esta investigación ha sido publicada en la revista Joule.
Un avance revolucionario: mejora de la textura con silicio
Uno de los hallazgos más relevantes del estudio fue que la incorporación de una delgada capa de silicio entre el metal de litio y el colector de corriente favorece la textura deseada. Esta modificación mejoró la capacidad de carga de la batería en casi diez veces en baterías de estado sólido con ánodos de litio.
Optimización de la textura para una mayor eficiencia
La textura ideal de un ánodo es aquella que permite que los átomos se desplacen rápidamente a lo largo de la superficie del material, facilitando así procesos de carga y descarga más eficientes. Diferencias en la energía superficial de los metales blandos pueden modificar la textura, lo que influye directamente en la capacidad de transferencia de carga y, por ende, en la densidad de potencia de las baterías.
Para investigar este fenómeno, los científicos enfrentaron un reto en microscopía de materiales. Utilizaron una combinación de molienda con un microscopio de iones focalizados por plasma (PFIB-SEM) y difracción de electrones retrodispersados (EBSD), lo que permitió analizar la textura de los metales blandos de manera precisa. Esta técnica fue clave para estudiar la estructura interna del material con un mínimo de defectos, obteniendo información detallada sobre su textura.
Colaboración con la industria para la comercialización
El equipo de investigación ha establecido una colaboración con el Laboratorio de Investigación de Frontera de LG Energy Solution, con el objetivo de llevar esta tecnología al mercado. LG Energy Solution reconoce la creciente demanda de baterías más eficientes para vehículos eléctricos y almacenamiento de energía renovable, y apuesta por la investigación en colaboración con universidades para desarrollar las baterías del futuro.
Próximos desafíos: reducción de presión y exploración del sodio
Uno de los siguientes pasos en la investigación será reducir la presión de prueba desde 5 megapascales (MPa) hasta 1 MPa, que es el estándar actual en la industria de baterías comerciales. Además, los científicos planean ampliar su investigación al sodio como alternativa viable al litio.
El sodio, al ser más abundante y económico, representa una solución prometedora para el almacenamiento de energía de gran escala. Basándose en su conocimiento sobre la formación de texturas en metales blandos, los investigadores predicen que las baterías de estado sólido con sodio podrían significar un gran avance en el almacenamiento de energía del futuro.
Este estudio subraya la importancia de factores estructurales, como la textura del metal, en la optimización del rendimiento de las baterías recargables. La incorporación de una delgada capa de silicio y el ajuste de la estructura atómica han demostrado ser estrategias efectivas para incrementar la eficiencia y densidad de potencia de las baterías de estado sólido. Con avances como estos, el sector de las energías renovables y la electromovilidad podrán contar con soluciones de almacenamiento más seguras, sostenibles y económicamente viables en el futuro cercano.
Vía uchicago.edu
Más información: “Grain selection growth of soft metal in electrochemical processes,” Zhang et al, Joule, February 10, 2025. DOI: 10.1016/j.joule.2025.101847
