Adiós al ‘oro blanco’: científicos ingleses descubren un material que podría reemplazar al litio líquido para siempre

El avance de las baterías ha ido siempre de la mano del litio líquido, un electrolito que permite el movimiento de los iones dentro de la celda y hace posible la carga y descarga. Sin embargo, su naturaleza inflamable y su comportamiento inestable en ciertas condiciones hicieron a este elemento en uno de los principales límites tecnológicos del sector energético.

Frente a este contexto, la búsqueda de alternativas se intensificó en laboratorios de todo el mundo. Recientemente, se dio la posibilidad de sustituirlo por un material sólido capaz de ofrecer prestaciones similares. Este hallazgo abriría un nuevo escenario científico e industrial, especialmente en aplicaciones como el coche eléctrico o el almacenamiento en red.

¿Cuál es el material que podría reemplazar al litio líquido para siempre?

El primer gran paso para dejar atrás el litio líquido pasa por lograr que un material sólido permita el desplazamiento rápido de los iones de litio.

Ese ha sido el objetivo de un equipo de investigadores de la Universidad de Liverpool, que ha logrado desarrollar un electrolito sólido de sulfuro y yoduro de litio con una conductividad iónica comparable a la de los líquidos habituales a unos 30 grados centígrados.

El estudio, publicado en la revista Science, demuestra que este nuevo material, denominado Li₃SI, puede mover iones de litio con una velocidad similar a la del litio líquido, algo que hasta ahora se consideraba muy difícil de alcanzar a temperatura ambiente.

El trabajo ha estado liderado por el doctor Guopeng Han, especialista en materiales con alta movilidad iónica, junto a un equipo centrado en diseñar conductores sólidos y probarlos en celdas reales.

Uno de los principales problemas de las baterías actuales es que dependen de disolventes inflamables. Cuando una celda se daña, puede producirse una reacción en cadena conocida como fuga térmica, que provoca un sobrecalentamiento peligroso.

Eliminar el litio líquido reduce de forma directa ese riesgo, pero exige mantener una alta velocidad de transporte iónico para no perder rendimiento.

Conductividad iónica: uno de los pilares que más problemas genera en las baterías

En el desarrollo de baterías, la conductividad iónica es un parámetro crítico. Si los iones se mueven despacio, aumenta la resistencia interna, se genera calor y se pierde eficiencia. En los sólidos, el litio no fluye libremente como en el litio líquido, sino que salta entre pequeños huecos dentro de la estructura cristalina.

Durante años, los investigadores han intentado mantener entornos químicos muy similares a lo largo de esos caminos para reducir la energía necesaria en cada salto. Esta estrategia ha llevado a repetir unas pocas estructuras cristalinas, dejando sin explorar gran parte de las combinaciones químicas posibles.

Aunque ya en 2011 se identificó un sólido con una conductividad inesperadamente alta a temperatura ambiente, muchos de estos materiales requieren condiciones de fabricación complejas, control estricto de la humedad o altas temperaturas, lo que dificulta su uso industrial.

Además, el electrolito debe ser estable frente a los electrodos durante miles de ciclos y en rangos amplios de temperatura.

La clave para el futuro de las baterías: nuevos caminos para los iones de litio

El avance logrado por el equipo británico se basa en una estrategia distinta. En lugar de buscar simetría perfecta, los investigadores mezclaron dos aniones distintos, azufre e yodo, dentro de la red cristalina. Esta combinación genera múltiples entornos químicos alrededor de los iones de litio, en lugar de repetir siempre los mismos huecos.

Cuando estos entornos se conectan bien, el litio se desplaza con un comportamiento denominado superiónico, es decir, se mueve dentro de un sólido casi como si estuviera en un litio líquido.

A temperatura ambiente, este efecto permite mantener una alta conductividad sin recurrir a disolventes inflamables.

Mediante técnicas avanzadas de difracción de rayos X, los científicos observaron que muchos de los sitios del litio estaban parcialmente ocupados, lo que indica que los iones pueden desplazarse entre posiciones cercanas.

«Hemos creado un material que normalmente no se consideraría un conductor iónico interesante», explicó el químico John Claridge, uno de los autores del estudio.

De la teoría a una batería completamente sólida

Tras identificar la estructura prometedora, el equipo fabricó piezas cerámicas densas para realizar pruebas eléctricas en condiciones reales. Los ensayos demostraron que el material permite el paso de iones, pero bloquea los electrones, reduciendo así el riesgo de cortocircuitos internos, uno de los grandes problemas asociados al litio líquido.

El electrolito sólido se probó entre un electrodo de litio y otro de óxido de cobalto y litio (LiCoO2), mostrando que puede integrarse en una batería completamente sólida. Los barridos de voltaje indicaron estabilidad química en un amplio rango, con signos de oxidación solo a partir de unos 2,5 voltios.

El análisis detallado reveló la existencia de hasta 15 sitios distintos para el litio dentro de la estructura, conectados en una red tridimensional. Esta variedad de tamaños y formas reduce las barreras energéticas entre posiciones y facilita el movimiento rápido de los iones, sin depender de un único camino preferente como ocurre en otros diseños.

Riesgos pendientes y lecciones que dejó atrás el litio líquido

A pesar de los resultados, las baterías de estado sólido aún presentan desafíos. Muchos diseños buscan emplear litio metálico como electrodo, lo que puede generar filamentos internos capaces de provocar cortocircuitos. Incluso sin litio líquido, pueden formarse capas reactivas en la interfaz entre sólidos que aumentan la resistencia.

En este estudio, las celdas simétricas de litio funcionaron durante 240 horas a baja corriente, mostrando un comportamiento estable. El trabajo combina modelos de inteligencia artificial, cálculos físicos y experimentación clásica, un enfoque que permite explorar nuevas familias de materiales más allá de las soluciones tradicionales basadas en litio líquido.

Cabe aclarar por último que el resultado no supone una sustitución inmediata, pero sí un cambio relevante en la forma de diseñar electrolitos sólidos, abriendo así una vía alternativa para reducir la dependencia del litio líquido en las baterías del futuro.