Un avance en baterías: un electrolito sólido de fluoruro supera límites de voltaje

En un avance significativo para la tecnología de almacenamiento de energía, el Profesor Yoon Seok Jung y su equipo de la Universidad de Yonsei presentaron un nuevo electrolito sólido de fluoruro que permite a las baterías de estado sólido (ASSBs) operar de manera segura más allá de los 5 voltios.

Su trabajo, publicado en Nature Energy, abordó una barrera de larga data en la ciencia de baterías, logrando estabilidad de alto voltaje sin sacrificar la conductividad iónica. Como explica el Prof. Jung, "Nuestro electrolito sólido de fluoruro, LiCl–4Li₂TiF₆, abre una ruta previamente prohibida para la operación de alto voltaje en baterías de estado sólido, marcando un verdadero cambio de paradigma en el diseño de almacenamiento de energía".

Durante décadas, los ingenieros de baterías han buscado mejorar la densidad de energía aumentando el voltaje, pero los electrolitos sólidos convencionales, como los sulfuros y óxidos, tienden a descomponerse por encima de los 4 V. El equipo superó esta limitación desarrollando un electrolito sólido de fluoruro que se mantiene estable más allá de los 5 V y exhibe una conductividad de Li⁺ de 1.7 × 10^-5 S/cm a 30°C, uno de los más altos en su clase.

Esta innovación permite que cátodos espinela como LiNi_0.5Mn_1.5O₄ (LNMO) operen de manera segura y eficiente, incluso bajo condiciones de ciclo exigentes. Cuando se aplica como recubrimiento protector en cátodos de alto voltaje, LiCl–4Li₂TiF₆ suprime efectivamente la degradación interfacial entre el cátodo y el electrolito.

El resultado mostró una batería que retiene más del 75% de su capacidad después de 500 ciclos y soporta una capacidad areal ultralta de 35.3 mAh/cm², una cifra récord para sistemas de estado sólido. El equipo también demostró adaptabilidad práctica en baterías tipo pouch, el mismo formato utilizado en vehículos eléctricos y electrónica de consumo, mostrando una consistencia excepcional en el rendimiento.

Más allá de la innovación material, el trabajo sienta las bases para un modelo de diseño de baterías transformador. El escudo basado en fluoruro introducido por los investigadores no solo mejora la estabilidad electroquímica, sino que también permite la compatibilidad con catalitos halógenos rentables, como los sistemas basados en Zr.

Esta combinación podría reducir drásticamente los costos de materiales mientras mejora la seguridad y la longevidad, que son dos de los mayores desafíos para la tecnología comercial de ASSB.

En conclusión, esta investigación tiene un potencial inmenso, desde permitir que los vehículos eléctricos tengan rangos de conducción más largos hasta avanzar en el almacenamiento de energía renovable a gran escala. Al utilizar materiales abundantes y de bajo costo, apoya el cambio global hacia sistemas de energía sostenibles y carbono-neutros.

El Prof. Jung concluyó: "Esta investigación va más allá de un solo material; define una nueva regla de diseño para construir baterías seguras, duraderas y de alta energía que realmente puedan impulsar el futuro".

Este avance representa un salto significativo hacia soluciones energéticas más limpias y resilientes, cerrando la brecha entre la innovación en laboratorio y las aplicaciones del mundo real, y sentando las bases para la próxima generación de tecnología sostenible.