El rápido avance de los vehículos eléctricos y los dispositivos electrónicos de alta potencia ha impulsado la creciente demanda de baterías de iones de litio de carga ultrarrápida. Sin embargo, las baterías recargables de iones de litio actuales sufren una importante pérdida de potencia durante los procesos de carga rápida, lo que puede incluso provocar fallos catastróficos y, por consiguiente, riesgos para la seguridad. Esto se debe principalmente a la inestabilidad electroquímica en la interfaz ánodo-electrolito, que desencadena la deposición de litio metálico perjudicial en la superficie de la batería y una escasa estabilidad térmica.
En los últimos años, los materiales de ánodo de alto voltaje se han convertido en alternativas muy prometedoras para inhibir la deposición excesiva de litio y la formación de capas de interfase sólido-electrolito (SEI) inestables. A pesar de estas ventajas, los materiales de última generación aún presentan limitaciones debido a una conductividad iónica y una estabilidad térmica insatisfactorias, lo que reduce la potencia de salida y la fiabilidad a largo plazo.
Según informes de medios extranjeros, para resolver estos problemas, un equipo de investigación dirigido por el profesor asociado Dongwook Han en la Universidad Nacional de Ciencia y Tecnología de Seúl ha desarrollado un material de ánodo de fosfato de titanio y litio no estequiométrico (OS) con una estructura tipo NASICON. Este material es conocido por su excepcional estabilidad estructural y térmica. El diseño permite inducir una transformación de fase espontánea bajo la superficie de las partículas del material activo para superar las restricciones cinéticas y lograr un rendimiento de carga rápida y estable.
Los resultados de las investigaciones pertinentes se han publicado en la revista Advanced Functional Materials.
Modulación de superficie para el transporte acelerado de iones
El fosfato de titanio y litio (LTP) posee una estructura tipo superconductor iónico de sodio (NASICON), que ofrece una estabilidad estructural y térmica excepcionales, así como canales de difusión de iones de litio rápidos. Para aprovechar todo su potencial, los investigadores adoptaron una estrategia de diseño no estequiométrico y aumentaron deliberadamente la proporción de fósforo (P) con respecto al titanio (Ti). Esta composición deficiente en titanio genera dominios de fosfato de titanio (TPO) cerca de la superficie de las partículas de LTP.
Estas regiones ricas en TPO actúan como canales cinéticos de alta eficiencia, reduciendo la barrera energética para el transporte de iones de litio a través de la interfaz ánodo-electrolito y creando vías rápidas de transferencia de iones cerca de las superficies de las partículas. Además, los enlaces P-O-P altamente flexibles dentro de la estructura de TPO proporcionan flexibilidad estructural para adaptarse a las variaciones de volumen durante los ciclos de carga rápida y protegen la estructura tipo NASICON contra daños irreversibles.
Rendimiento robusto en condiciones de carga rápida.
En consecuencia, en las pruebas de capacidad de velocidad, el indicador vital que evalúa la capacidad de carga rápida, el ánodo compuesto de OS-LTP-carbono (OS-LTP/C) retuvo un notable 86% de su capacidad inicial a una velocidad de carga de 10C, mientras que la capacidad del ánodo compuesto de LTP/C prístino disminuyó drásticamente.
Este material también ofrece una excelente estabilidad de ciclado tras más de 250 ciclos. Las configuraciones de celda completa muestran un rendimiento de velocidad igualmente excelente y una amplia compatibilidad con cátodos de alto voltaje.
Un camino más amplio hacia baterías más seguras
«Nuestro método crea un paradigma totalmente nuevo para el diseño de baterías de carga rápida, y puede aplicarse ampliamente a múltiples sistemas de almacenamiento de energía futuros, incluidas las baterías de estado sólido», señaló Han. «Esta estrategia de diseño puede hacer que los vehículos eléctricos sean más prácticos al reducir el tiempo de carga, mejorar la seguridad y brindar soporte a las redes eléctricas de energía renovable».
En conclusión, esta estrategia de diseño no estequiométrico aborda uno de los principales obstáculos a los que se enfrentan las baterías recargables y ofrece un enfoque prometedor para la tecnología de almacenamiento de energía de carga ultrarrápida lista para su comercialización.
Fecha de publicación: 7 de agosto de 2026