La promesa de una tecnología más limpia y eficiente depende, en gran medida, de algo que la mayoría de las personas lleva todos los días en el bolsillo: las baterías de ion-litio. Desde smartphones y computadores hasta vehículos eléctricos, estos dispositivos se han convertido en la columna vertebral de la transición energética. Sin embargo, uno de sus principales problemas sigue siendo el mismo: con el tiempo pierden capacidad, se degradan y almacenan cada vez menos energía.
En ese escenario, un equipo de investigadores de la Universidad de Santiago de Chile está trabajando en una solución que podría cambiar las reglas del juego. El doctor Rudy Martín, académico de la Facultad de Química y Biología de la Usach, lidera un proyecto Fondecyt Regular que busca desarrollar materiales capaces de aumentar la capacidad de almacenamiento y mejorar la estabilidad de las baterías de ion-litio, permitiendo que duren más tiempo sin sacrificar rendimiento.
La investigación pone el foco en uno de los componentes más importantes de una batería: el ánodo. Actualmente, este elemento está fabricado principalmente con grafito, un material confiable pero limitado en términos de capacidad energética. El silicio aparece como una alternativa altamente atractiva porque puede almacenar hasta diez veces más energía que el carbono. El problema es que, durante los ciclos de carga y descarga, su estructura se expande y contrae de manera extrema, provocando un rápido deterioro.
“Las baterías tienen varias partes: un ánodo, un cátodo, una membrana y un electrolito. Cada componente es imprescindible y en el caso del ánodo porque es donde se almacena la energía una vez que se carga la batería. Hoy ese ánodo es de carbono, pero hay un material mucho más prometedor, que es el silicio, porque puede almacenar mucha más energía por unidad de masa. El problema es que, cuando el litio forma aleación con el silicio durante la carga, este cambia mucho su volumen, se expande y eso hace que el material se deteriore”, menciona el académico Martín.
Para enfrentar este desafío, el equipo desarrollará un innovador polímero que actuará como un aglutinante, una especie de pegamento inteligente encargado de mantener unidos los materiales activos del ánodo. La apuesta es que este material tenga la capacidad de autorrepararse frente al desgaste provocado por cientos o incluso miles de ciclos de carga. “Todas las baterías tienen un polímero, que corresponde a entre un 5% y un 10% de su masa total, que se llama aglutinante, este actúa como un pegamento, ya que mantiene unidos los materiales activos del electrodo (donde se almacena la energía), que en realidad son partículas, fijándolos a un conductor electrónico. Para que funcione bien, este material tiene que ser capaz de auto-repararse con los sucesivos ciclos de carga y descarga, y que pueda ciclar de cien a mil veces sin perder tanta capacidad”, explica el Dr. Rudy Martín.
Durante los próximos cuatro años, los investigadores construirán y probarán baterías experimentales para evaluar el comportamiento de estos nuevos materiales en condiciones reales. Más allá del laboratorio, el proyecto también busca una aplicación concreta en la industria. A diferencia de otras propuestas tecnológicas que requieren procesos costosos o materiales difíciles de escalar, esta solución podría incorporarse a las cadenas de producción actuales sin aumentar significativamente los costos. En un mundo cada vez más dependiente de la energía portátil y la electromovilidad, una batería capaz de almacenar más energía y resistir mejor el paso del tiempo podría convertirse en una de las piezas clave de la próxima generación tecnológica.