Imagina un mundo donde los vehículos eléctricos recorren distancias más largas sin la carga de materiales costosos. Un avance de investigadores del MIT nos acerca a esa visión. El 7 de octubre de 2024, un equipo liderado por el profesor Ju Li reveló una nueva clase de material catódico para baterías de iones de litio, conocido como espinela polianiónica desordenada (DRXPS). Este material innovador combina las fortalezas de dos tipos de cátodos existentes, ofreciendo una alta densidad de energía y una estabilidad de ciclo notable.
Como explica Yimeng Huang, un investigador postdoctoral involucrado en el estudio: “Normalmente hay un compromiso en los materiales catódicos entre la densidad de energía y la estabilidad de ciclo... con este trabajo, buscamos ampliar los límites diseñando nuevas químicas de cátodos.” Al integrar sal de roca con olivina polianiónica, el DRXPS logra un equilibrio que podría revolucionar la tecnología de baterías.
Una de las ventajas más significativas del DRXPS radica en su componente principal: el manganeso. A diferencia del níquel y el cobalto, que son costosos y escasos, el manganeso es abundante y mucho más barato: al menos cinco veces menos costoso que el níquel y aproximadamente 30 veces menos que el cobalto. El profesor Li enfatiza: “Tener ese material mucho más abundante es una ventaja tremenda.” Esta asequibilidad es crucial a medida que el mundo se dirige hacia fuentes de energía renovable.
Con la necesidad urgente de soluciones de almacenamiento de energía eficientes para vehículos eléctricos y sistemas de energía renovable, las implicaciones de este descubrimiento son vastas. El DRXPS podría ayudar a abordar los problemas de intermitencia de la energía eólica y solar al almacenar el exceso de energía para su uso durante períodos de baja generación. “Si queremos tener una verdadera electrificación de la generación de energía, el transporte y más, necesitamos baterías abundantes en la Tierra”, afirma Li.
El estudio también aborda un desafío importante en el uso de cátodos de sal de roca desordenada: la movilidad del oxígeno, que puede provocar la degradación del material. Al introducir fósforo, los investigadores estabilizan efectivamente el oxígeno, mejorando la longevidad y el rendimiento de las baterías. “La principal innovación aquí... es que Yimeng agregó justo la cantidad correcta de fósforo, formando polianiones con sus átomos de oxígeno vecinos”, explica Li.
Aunque el potencial del DRXPS es inmenso, se necesita más investigación para optimizar su producción y escalabilidad. Huang señala que el método de síntesis actual produce materiales no uniformes que no son fácilmente escalables. El equipo está explorando nuevas técnicas para mejorar la morfología del material y reducir la cantidad de carbono conductor necesario, lo que podría aumentar aún más la densidad de energía de la batería.
A medida que el mundo se apresura hacia un futuro sostenible, el desarrollo de tecnologías de baterías asequibles y eficientes como el DRXPS podría desempeñar un papel fundamental en la transición energética limpia. Con investigaciones en curso, este material catódico innovador podría pronto alimentar todo, desde automóviles eléctricos hasta sistemas de energía renovable, convirtiéndose en una piedra angular de nuestro futuro energético.