Investigadores logran baterías de vehículos eléctricos más pequeñas y de mayor duración

Un equipo de investigadores de KAIST en Corea del Sur anunció un avance significativo en la tecnología de baterías para vehículos eléctricos (EV). Este desarrollo podría conducir a la creación de baterías más pequeñas, ligeras y con mayor duración, permitiendo que los automóviles recorran distancias más largas con una sola carga. La clave del éxito radicó en la adaptación de técnicas de fabricación de precisión utilizadas en la industria de semiconductores, lo que permitió abordar el problema de la acumulación de litio, un desafío que ha limitado el desarrollo de baterías de próxima generación.

El anuncio se realizó el 22 de septiembre y fue liderado por los profesores Jinwoo Lee y Hee-Tae Jung del Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular de KAIST. Este proyecto también involucró a científicos de la Universidad Nacional de Kyungpook y del Centro Nacional de NanoFab. Al aplicar métodos de fabricación extremadamente precisos, los investigadores lograron extender la vida útil de las baterías sin aumentar significativamente su tamaño o peso.

Las baterías convencionales de iones de litio almacenan litio en un ánodo hecho de materiales como el grafito. Sin embargo, las baterías sin ánodo permiten que el litio se acumule directamente sobre una delgada lámina de cobre, eliminando el material adicional que contribuye al peso y grosor de la batería. Aunque este diseño es prometedor, también presenta un inconveniente: la acumulación de litio puede formar estructuras en forma de aguja, conocidas como dendritas, que afectan el rendimiento de la batería y limitan su vida útil.

Los investigadores de KAIST se enfocaron en modificar la estructura de la lámina de cobre para prevenir estas acumulaciones desiguales. Crearon un patrón de tubos microscópicos en la superficie del cobre, lo que permite una distribución más uniforme del litio. Utilizando una técnica de fabricación de semiconductores llamada litografía por pulverización secundaria (SSL), lograron fabricar estructuras extremadamente pequeñas con alta precisión. Cada tubo mide aproximadamente 300 nanómetros de ancho y 150 nanómetros de alto, aumentando la superficie disponible para la deposición de litio hasta cuatro veces más que una lámina plana ordinaria.

Además, los investigadores aplicaron un recubrimiento de MXene, un material bidimensional, sobre la lámina de cobre. Este recubrimiento, de solo 10 nanómetros de grosor, actúa como una base que fomenta la formación de una capa protectora más fuerte durante la operación de la batería. En el electrolito utilizado en los experimentos, el recubrimiento de MXene promueve la creación de una capa protectora que limita las reacciones químicas no deseadas entre el litio y el electrolito, mientras restringe el crecimiento de las dendritas dañinas.

El profesor Jinwoo Lee destacó que este estudio demuestra cómo las técnicas de fabricación ultrafinas pueden crear sitios uniformes para la deposición de litio y una capa protectora estable, sin modificar la formulación del electrolito o añadir litio en exceso. Este avance podría acelerar el desarrollo comercial de baterías de alta energía sin ánodo, facilitando la creación de sistemas de almacenamiento de energía más compactos para vehículos eléctricos futuros.

Los investigadores Eunji Kim, Hyunju Jung y Jinuk Kim fueron coautores del estudio, cuyos hallazgos fueron publicados en la revista Advanced Functional Materials el 1 de septiembre. La investigación recibió financiamiento del Programa de Desarrollo de Tecnología de Nano y Materiales a través de la Fundación Nacional de Investigación de Corea, apoyada por el Ministerio de Ciencia y TIC.

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