Un estudio de la Universidad Nacional de Hanbat revela que la desordenación catiónica podría mejorar los cátodos ricos en litio
Los experimentos demuestran que una estructura desordenada mejora el transporte de litio y, al mismo tiempo, evita la pérdida de rendimiento
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Los materiales catódicos ricos en litio son candidatos prometedores para las baterías de próxima generación, ya que pueden almacenar una cantidad de carga considerablemente mayor que los materiales que se utilizan actualmente en los vehículos eléctricos y los aparatos electrónicos. Dado que la capacidad del cátodo es un factor clave para determinar cuánta energía puede almacenar una batería, los materiales ricos en litio podrían dar lugar, con el tiempo, a baterías con mayor densidad energética, lo que permitiría que los teléfonos, los ordenadores portátiles y los vehículos eléctricos funcionaran durante más tiempo con una sola carga.
Sin embargo, los cátodos ricos en litio se enfrentan a un problema de larga data. Durante la carga y la descarga, los iones de metales de transición, como el níquel y el manganeso, pueden desplazarse de sus posiciones originales en la estructura cristalina. Estos iones migratorios pueden obstruir las vías por las que deben desplazarse los iones de litio, ralentizando el movimiento del litio y contribuyendo a una pérdida irreversible de rendimiento tras ciclos repetidos. Los científicos han intentado abordar este problema principalmente conservando una estructura cristalina ordenada en el cátodo, partiendo de la hipótesis de que una disposición ordenada proporcionaría al litio una vía más despejada por la que desplazarse. Pero, ¿y si el enfoque contrario fuera mejor?
En un estudio reciente publicado en *Energy Storage Materials*, un equipo de investigación dirigido por el profesor Kyojin Ku, del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Universidad Nacional de Hanbat (Corea), exploró esta cuestión alterando intencionadamente la estructura atómica de un cátodo rico en litio. Su trabajo se publicó en línea el 18 de julio de 2026 y apareció en el volumen 90 de la revista el 1 de agosto de 2026.
El equipo se centró en el Li1,2Ni0,4Mn0,4O₂, una composición de níquel y manganeso que evita el uso de metales caros como el cobalto. Esta composición concreta suele formar una estructura perfectamente estratificada, en la que los iones de litio y de metales de transición (níquel y manganeso) se sitúan en planos separados. Para producir la forma desordenada deseada, los investigadores utilizaron un proceso de molienda con bolas de alta energía con dos materiales de partida en capas estructuralmente compatibles. Este proceso mecanoquímico alteró la disposición de los cationes, lo que dio lugar a una estructura cristalina en la que los iones de litio y de metales de transición se distribuyen de forma más aleatoria. «Que nosotros sepamos, es la primera vez que se obtiene este tipo de composición en forma desordenada», señala el profesor Ku.
Al comparar el material desordenado con su homólogo ordenado, los investigadores descubrieron que la versión desordenada mostraba un comportamiento de carga y descarga más simétrico, ofrecía una mayor capacidad y presentaba un mejor rendimiento con corrientes elevadas. Además, mostraba un funcionamiento estable, conservando alrededor del 90 % de su capacidad inicial tras 50 ciclos sin que se redujera la tensión.
Un análisis teórico y computacional detallado ayudó a explicar las mejoras observadas. «Al mezclar deliberadamente los átomos en una disposición desordenada tipo sal de roca, desacoplamos el movimiento del litio del movimiento perjudicial de los metales de transición», explica el profesor Ku. «El litio sigue fluyendo de manera eficiente a través de una red conectada de vías abiertas, mientras que los metales de transición quedan efectivamente bloqueados en su sitio y ya no pueden obstruir esas vías».
En general, los resultados apuntan a un enfoque innovador y de gran repercusión para el desarrollo de cátodos con mayor densidad energética. «Hemos demostrado que el desorden cationico puede utilizarse como una herramienta de ingeniería deliberada para resolver un problema que ha frenado durante años a toda una familia de materiales para baterías de alta energía», concluye el profesor Ku. «Si este principio se desarrolla aún más, podría contribuir a que los cátodos ricos en litio se acerquen a su uso comercial real, allanando el camino para baterías de mayor duración destinadas a vehículos eléctricos y al almacenamiento de energía».
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