Las baterías de estado sólido con ánodos de litio metálico son actualmente las candidatas más prometedoras para resolver los inconvenientes intrínsecos de las baterías de iones de litio, como la fuga de electrolitos, la inflamabilidad y la limitada densidad de energía. Un proyecto de investigación japonés ha desarrollado un nuevo electrolito sólido de hidruro complejo que evita los problemas de degradación del litio por inestabilidad química, haciendo viables este tipo de baterías.

Las baterías que incorporan un electrolito sólido, capaz de conducir los iones de litio presentan una gran estabilidad y rendimiento. Además, las que incorporan ánodos de litio metálico tienen el potencial de resolver los problemas de densidad de energía de las baterías de iones de litio convencionales, en las que se utilizan electrolitos líquidos orgánicos inflamables y ánodos carbonosos de baja capacidad.

Sin embargo, su mayor inconveniente es la inestabilidad química que presentan con el litio metálico, lo que provoca la alta resistencia que ofrecen a la transferencia de los iones de litio y reacciones secundarias indeseadas en la interfaz. Estas, a su vez, provocan un aumento de la resistencia, lo que reduce considerablemente el rendimiento de la batería durante los ciclos repetidos. Este proceso de degradación es muy difícil de abordar porque su origen es la alta reactividad termodinámica del ánodo de litio metálico con el electrolito.

Los hidruros complejos mantienen una excelente estabilidad química y electroquímica con los ánodos de litio metálico. Sin embargo, dada su baja conductividad iónica, nunca se habían empleado en baterías reales.

Batería de metal de litio de estado sólido de alta densidad de energía que emplea hidruros complejos. Fuente: Sangryun Kim y Shin-ichi Orimo.

Los científicos japoneses pertenecientes a la Universidad japonesa de Tohoku y del instituto de física KEK (High Energy Accelerator Research Organization) han publicado en la revista pública Nature Communications el desarrollo de un nuevo conductor superiónico complejo, de hidruro de litio, que podría utilizarse como electrolito sólido en las baterías de litio que alcanzarían la mayor densidad de energía lograda hasta la fecha.

Este nuevo material se logra mediante el diseño de estructuras formadas por agrupaciones de hidrógeno de aniones complejos (iones negativos de más de dos componentes) que muestra una gran estabilidad con el litio metálico. Este, como material utilizado como ánodo, en una batería de estado sólido tiene una capacidad teórica de 3.860 mAh/g, la más alta entre los materiales actualmente conocidos, y un potencial de tres voltios inferior a un electrodo de hidrógeno.

El conductor superiónico de litio hidruro complejo posee una excelente compatibilidad con el litio metálico además de una alta conductividad. Teóricamente permitiría crear baterías de litio-azufre de estado sólido con una alta densidad de energía, superior a los 2.500 Wh/kg a una alta densidad de corriente.