Los investigadores desarrollan una estrategia inusual para aumentar el rendimiento de las baterías
Perfectamente imperfecto: el desorden de los materiales permite una carga ultrarrápida
Dirigidos por el Prof. Dr. Nicola Pinna y la Dra. Patrícia Russo, del Departamento de Química de la Humboldt-Universität zu Berlin (HU), los científicos han logrado alterar el orden atómico de las baterías de forma selectiva. El resultado: ánodos de alto rendimiento para baterías de iones de litio y sodio con una velocidad de carga y una estabilidad excepcionalmente altas, un paso decisivo hacia sistemas de almacenamiento de energía más seguros y duraderos.
La imperfección como herramienta en el diseño de materiales
Los materiales tradicionales para baterías se basan en estructuras cristalinas muy ordenadas que proporcionan vías predecibles para el transporte de iones. Sin embargo, esta perfección suele tener como contrapartida rigidez estructural, movilidad limitada de los iones y bajo rendimiento a altas velocidades de carga. En dos estudios publicados en Nature Communications y Advanced Materials, los investigadores consiguieron invertir el paradigma: su investigación demuestra que el desorden selectivo -no el orden- puede mejorar la conductividad iónica, aumentar la estabilidad de los ciclos y desvelar nuevos mecanismos de almacenamiento de las baterías. Al alejarse de las reglas de diseño convencionales, el planteamiento del equipo podría redefinir las estrategias de diseño de materiales en todo el campo. "Nuestros resultados demuestran que la imperfección selectiva puede ser una poderosa herramienta en el diseño de materiales", afirma el profesor Nicola Pinna. La Dra. Patrícia Russo añade: "Al romper deliberadamente el orden atómico, estamos abriendo vías completamente nuevas para conseguir baterías de alto rendimiento más potentes, duraderas y, por tanto, más sostenibles".
Nuevas perspectivas para los coches eléctricos, el almacenamiento de datos y la tecnología de baterías
El equipo ha desarrollado nuevos materiales para baterías más potentes y duraderas mediante el desorden estructural en óxidos de niobio-tungsteno y la amorfización controlada -que describe la transición del material a un estado desordenado- en niobato de hierro. Se ha producido un material especialmente duradero para las baterías de iones de litio: Incluso después de 1.000 ciclos de carga, conserva gran parte de su rendimiento original. También se ha desarrollado un nuevo tipo de material para las baterías de iones de sodio, una alternativa más respetuosa con el medio ambiente. Cambia significativamente cuando se carga por primera vez, pero conserva estructuras importantes. El resultado es una capacidad de almacenamiento muy alta y una larga vida útil de más de 2.600 ciclos de carga con casi el mismo rendimiento.
La combinación de ánodos de litio desordenados y ánodos de sodio amorfos abre nuevas perspectivas para vehículos eléctricos de carga ultrarrápida, soluciones de almacenamiento estacionario para energías renovables y alternativas seguras a las tecnologías de baterías anteriores. Los estudios subrayan el potencial de los principios de diseño atómico para resolver los problemas energéticos mundiales.
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Publicación original
Liu, Y., Buzanich, A. G., Montoro, L. A., Liu, H., Liu, Y., Emmerling, F., Russo, P. A., Pinna, N. „A Partially Disordered Crystallographic Shear Block Structure as Fast-Charging Anode Material for Lithium-Ion Batteries.“ Nat. Commun. 16, 6507 (2025).
Liu, Y., Buzanich, A. G., Alippi, P., Montoro, L. A., Lee, K-S., Jeon, T., Weißer, K., Karlsen, M.A., Russo, P. A., Pinna, N.; ‘FeNb2O6 as a High-Performance Anode for Sodium-Ion Batteries Enabled by Structural Amorphization Coupled with NbO6 Local Ordering.’ Adv. Mater. e04100, (2025)
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