Una nueva batería de litio alcanza más de 700 Wh/kg de densidad y funciona a -50 °C

Un equipo de investigación de China ha desarrollado un novedoso electrolito de hidrofluorocarbono que rompe los actuales techos de rendimiento de las baterías. Publicado en la revista Nature, el estudio revela un disolvente capaz de proporcionar densidades energéticas superiores a 700 Wh/kg a temperatura ambiente y aproximadamente 400 Wh/kg a -50 °C (122 °F). Esto supera con creces a las baterías convencionales para vehículos eléctricos, que suelen alcanzar picos de unos 270 Wh/kg en condiciones normales, lo que abre un nuevo potencial para la industria aeroespacial, el almacenamiento en red y el transporte eléctrico en climas extremos.

Históricamente, los electrolitos de las baterías se han basado en ligandos a base de oxígeno y nitrógeno para transportar las cargas entre el cátodo y el ánodo. Sin embargo, estos materiales tradicionales crean una fuerte unión que frustra la transferencia de carga en la interfaz electrodo-electrolito, lo que limita gravemente el rendimiento durante el funcionamiento a baja temperatura o la carga rápida. Para superarlo, los investigadores sintetizaron seis disolventes de hidrofluorocarbono monofluorados. Al diseñar específicamente los ligandos basados en flúor con impedimento estérico y basicidad de Lewis ajustados, el equipo mejoró la disolución de la sal de litio hasta superar los 2 mol/L.

El disolvente destacado, el 1,3-difluoropropano, demostró unas propiedades excepcionales, incluida una baja viscosidad de 0,95 centipoise y una elevada estabilidad a la oxidación por encima de los 4,9 voltios. Al incorporar átomos de flúor en la primera envoltura de solvatación, la débil coordinación resultante facilita un recubrimiento y una eliminación del litio altamente eficaces. Este mecanismo logra una eficacia coulómbica del 99,7% y una densidad de corriente de intercambio una magnitud completa mayor que la de los sistemas tradicionales basados en oxígeno a -50 °C (122 °F).

Las pruebas resultaron satisfactorias en pilas de bolsa de litio-metal que funcionaban con cantidades de electrolito inferiores a 0,5 gramos por amperio-hora. Según los investigadores, esta química de coordinación del flúor va más allá de los límites tradicionales del diseño electroquímico. La futura modulación de las proporciones de carbono y flúor podría producir variaciones aún más estables y con un punto de ebullición por encima de los 100 °C (212 °F), estableciendo una vía prometedora para elevar aún más la potencia y la densidad energética de los sistemas de almacenamiento de energía de próxima generación.