Batería china alcanza 602,5 Wh/kg para aviones eléctricos y drones

Un equipo conjunto del Laboratorio Tianmushan y la Universidad Tsinghua ha creado una celda tipo bolsa de litio-metal con estabilidad mejorada y una densidad energética superior a los 600 Wh/kg, lo que podría ampliar significativamente la autonomía de vuelo de drones y aeronaves eléctricas de despegue y aterrizaje vertical.

Densidad energética récord de 602,5 Wh/kg

Las baterías de ion-litio comerciales actuales emplean ánodos de grafito y se acercan al límite teórico de densidad energética de aproximadamente 350 Wh/kg. Ese tope dificulta cada vez más satisfacer los requisitos de resistencia operativa de nuevas aeronaves eléctricas.

El litio-metal representa una alternativa de mayor capacidad, pero plantea desafíos técnicos importantes: la descomposición del electrolito bajo condiciones de alto voltaje y el crecimiento de dendritas de litio en forma de aguja sobre el ánodo.

Estas dendritas afectan la estabilidad de la batería y generan riesgos para la seguridad. Por ello, los investigadores han tenido dificultades para lograr altas densidades energéticas sin comprometer la vida útil en ciclos o la operación segura.

El equipo chino probó su diseño de electrolito en celdas tipo bolsa de 10 Ah equipadas con cátodos ternarios de alto contenido en níquel. Esas celdas alcanzaron una densidad energética de 550,7 Wh/kg y conservaron el 80 % de su capacidad inicial tras 180 ciclos.

Cuando se combinó el ánodo de litio-metal con un cátodo basado en manganeso rico en litio, la energía específica reversible subió a 602,5 Wh/kg.

Según los resultados reportados, este valor representa un incremento superior al 50 % frente a las baterías de potencia convencionales disponibles actualmente.

Aditivo electrolítico que protege ambos electrodos

El avance se fundamenta en lo que los investigadores denominan una “estructura de solvatación con coordinación fuerte mediada por aditivo”. Este enfoque utiliza un nuevo aditivo electrolítico para regular las reacciones que ocurren en los electrodos de la batería.

En el cátodo, el aditivo forma una capa protectora delgada y densa, lo que contribuye a reducir el deterioro del material catódico durante las repetidas cargas y descargas a alto voltaje.

En el ánodo de litio-metal, el mismo aditivo genera una interfaz estable que suprime la formación de dendritas, mejora la eficiencia del transporte de iones de litio y disminuye los riesgos asociados a la seguridad.

Al proteger simultáneamente ambos lados de la celda, el diseño del electrolito busca equilibrar tres propiedades que han resultado difíciles de lograr juntas en baterías de litio-metal: alta densidad energética, estabilidad en ciclos y operación más segura.

Aplicaciones prácticas aún no disponibles

Esta investigación podría respaldar en el futuro la expansión de la economía de baja altitud en China, donde se están desarrollando drones y aeronaves eVTOL para múltiples usos comerciales.

Sin embargo, su adopción generalizada sigue limitada por la cantidad de energía que las baterías pueden almacenar sin añadir masa excesiva.

Una batería con densidad energética cercana a los 600 Wh/kg permitiría almacenar considerablemente más energía por unidad de masa que las celdas comerciales existentes.

Eso podría prolongar el tiempo de vuelo de aeronaves eléctricas, aunque el estudio no ofrece estimaciones específicas de duración en el aire.

La tecnología aún no está lista para su implementación comercial. Los investigadores indicaron que permanece en fase de investigación de laboratorio y requerirá desarrollo técnico adicional antes de poder fabricarse a escala industrial.

La investigación fue publicada en la revista Nature Communications.