Un nuevo diseño de electrodo promete más autonomía y mejor aceleración en vehículos eléctricos

Un equipo de investigación vinculado al Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología de Ulsan (UNIST) ha dado a conocer un avance que podría marcar un antes y un después en el diseño de baterías para vehículos eléctricos. El grupo ha desarrollado un nuevo tipo de electrodo grueso capaz de aumentar significativamente la potencia sin renunciar a la capacidad, un equilibrio que durante años ha sido uno de los grandes retos de la industria.

En el mercado de los coches eléctricos, ampliar la autonomía es una prioridad. Una de las estrategias más utilizadas para lograrlo consiste en aumentar la cantidad de material activo dentro de los electrodos, lo que obliga a fabricar estructuras más gruesas. Sin embargo, esta solución tiene un efecto secundario bien conocido: cuanto más grueso es el electrodo, más difícil resulta que los iones de litio se desplacen con rapidez en su interior, lo que reduce la potencia disponible y afecta a la aceleración y a la respuesta del vehículo.

Optimización

El equipo liderado por el profesor Kyeong-Min Jeong, de la Escuela de Ingeniería Energética y Química de UNIST, ha conseguido romper esa barrera optimizando la estructura interna de los poros del electrodo. Gracias a este rediseño microscópico, los investigadores lograron incrementar la potencia en un 75% en comparación con los electrodos convencionales, manteniendo al mismo tiempo una alta capacidad de almacenamiento energético.

El nuevo electrodo alcanza una capacidad de 10 miliamperios hora por centímetro cuadrado, una cifra elevada para este tipo de estructuras. La diferencia se vuelve especialmente evidente cuando la batería trabaja a altas velocidades de descarga, como ocurre durante una aceleración intensa. Bajo una tasa de descarga de 2C, los electrodos tradicionales apenas entregan 0,98 mAh/cm2, mientras que el nuevo diseño alcanza los 1,71 mAh/cm2, lo que se traduce en mucha más energía disponible en un corto periodo de tiempo.

La clave de este avance está en un análisis detallado de los poros que existen dentro del electrodo. Los investigadores identificaron grandes poros situados entre las partículas del material activo, que facilitan el paso de los iones de litio, y otros mucho más pequeños formados por los aditivos conductores y los aglutinantes, conocidos como el dominio carbono-aglutinante. Estos microporos, lejos de ayudar, pueden ralentizar el flujo iónico y limitar el rendimiento del electrodo.

Nuevo modelo teórico

Para comprender mejor este fenómeno, el equipo desarrolló un nuevo modelo teórico denominado Modelo de Línea de Transmisión de Doble Poro, que permite separar y analizar las rutas que siguen los iones dentro del electrodo. Esta herramienta hizo posible ajustar con precisión los procesos de fabricación y las proporciones de los materiales, logrando una estructura interna más eficiente.

Según explicó Byeong-Jin Jeon, primer autor del estudio, disponer de un método cuantitativo para analizar estas estructuras abre la puerta a aplicar técnicas avanzadas de inteligencia artificial en el diseño de baterías, incluso cuando los datos experimentales son limitados. Por su parte, el profesor Jeong subrayó que el futuro de los electrodos gruesos no depende solo de los materiales utilizados, sino de cómo se diseñan y controlan sus microestructuras. Además, destacó que los resultados no solo son relevantes para las baterías de alto contenido en níquel, sino también para otras tecnologías emergentes, como las basadas en fosfato de hierro y litio, donde el control interno del electrodo es especialmente crítico.