Una lámina de unos pocos nanómetros de nitruro de boro: la clave para batería de estado sólido estables

Las baterías de litio actuales presentan varios problemas: el aumento de su densidad, es decir, la capacidad en un mismo espacio, se encuentra actualmente en el límite de su diseño. A eso hay que sumarle que tienen una vida útil que podría ser más larga, o que si se dañan o punzan arden en llamas al entrar en contacto con el oxígeno.

Por ello, científicos de todo el mundo se encuentran investigando baterías de estado sólido para solucionar todos estos problemas. El último avance lo ha logrado un grupo de investigadores de la Columbia University School of Engineering and Applied Science ha descubierto un método para estabilizar los electrolitos sólidos en metal líquido. Para ello, han usado una cobertura nanométrica de nitruro de boro, lo cual permite crear baterías que ofrecen entre 2 y 10 veces más capacidad que una batería normal de litio, que cargan 6 veces más rápido, tienen hasta cinco veces más ciclos de carga, y no son inflamables.

Las dendritas tienen los días contados con este diseño

Las baterías de estado sólido siguen teniendo un problema: las dendritas. Estas formaciones son una especie de cristalizaciones de litio en forma de metal que empiezan en el ánodo y se van extendiendo por toda la batería. Esto va ocurriendo con cada ciclo de carga y descarga. Conforme van apareciendo más dendritas en la batería, menor es la capacidad que va teniendo la batería, y finalmente puede llegarse a perforar el separador que hay entre el ánodo y el cátodo, provocando un cortocircuito que destruya la batería e incluso genere fuego.

En las baterías de litio actuales este problema de dendritas se soluciona usando electrolitos líquidos como material conductor en lugar de metal sólido, lo cual permitiría aumentar la densidad. Sin embargo, este líquido es la parte inflamable de las baterías que tan peligrosa es, pudiendo arder si hay mucha presión, calor, corriente o perforación.

En algunas ocasiones se usa también grafito, y también se ha probado a usar grafeno o aleaciones con silicio. En general, se consigue reducir la formación de dendritas controlando el flujo de iones, pero a cambio de tener menor capacidad y densidad, además de hacer las baterías inflamables.

Así, la solución de los investigadores es poner una capa nanométrica de entre 5 y 10 nanómetros de nitruro de boro para aislar el metal de litio del conductor. Al aislar ambas capas se consigue evitar la acumulación de dendritas y los cortocircuitos sin que la densidad de la batería tenga que disminuir. Esta capa también es ligeramente porosa, y también cuenta con una pequeña cantidad de electrolito líquido.

Los investigadores se encuentran estudiando ahora mismo la aplicación de estas baterías, y una de ellas podría ser en los móviles dado su reducido tamaño. A pesar de ello, todavía quedan unos años hasta que los investigadores consigan dar con la tecla para crear baterías de estado sólido que estén dentro de los dispositivos que compremos.