Los alemanes encontraron un fallo en el universo — y crearon baterías casi inmortales

Científicos de la Universidad Humboldt de Berlín han desarrollado nuevos materiales para ánodos en baterías de iones de litio y sodio, que presentan una velocidad de carga excepcional, gran estabilidad y una vida útil prolongada. La clave de esta tecnología revolucionaria no está en una estructura atómica perfectamente ordenada, sino en un desorden cuidadosamente controlado a nivel atómico.

En dos recientes publicaciones científicas, el equipo dirigido por el profesor Nicola Pinna y la doctora Patricia Russo demostró que destruir deliberadamente el orden cristalino a largo alcance puede aumentar notablemente la conductividad iónica, mejorar la estabilidad durante los ciclos de carga y descarga, e incluso habilitar nuevos mecanismos fundamentales de almacenamiento de energía en los materiales de los electrodos.

Tradicionalmente, los ánodos de las baterías se diseñaban con estructuras altamente ordenadas, con el fin de garantizar trayectorias predecibles para el movimiento de iones. Sin embargo, este enfoque conllevaba limitaciones: rigidez excesiva, menor movilidad iónica y pérdida de eficiencia en modos de carga acelerada. El nuevo método, basado en la idea de «desorden controlado», introduce intencionalmente irregularidades atómicas que generan canales adicionales para el transporte de carga y multiplican los centros activos de almacenamiento.

En el marco de la investigación se sintetizaron materiales basados en óxidos de niobio y tungsteno con una red parcialmente desorganizada, así como una forma amorfa de ferroniobato —una combinación de hierro y niobio. En baterías de iones de litio, la nueva estructura del ánodo mostró una resistencia sobresaliente: tras 1.000 ciclos de carga y descarga, aún conservaba una gran parte de su capacidad original. Para baterías de sodio, se creó un nuevo material capaz de funcionar de forma estable durante más de 2.600 ciclos sin degradación significativa.

Una de las innovaciones más destacadas es la estructura del ferroniobato sintetizado: en la publicación se describe por primera vez el uso de la modificación columbita de este compuesto como ánodo altamente eficiente para almacenamiento de sodio. La introducción de iones de hierro provoca distorsiones locales en los octaedros FeO₆, rompiendo el orden estructural y transformando el material en un estado amorfo capaz de almacenar iones de manera reversible.

Al mismo tiempo, en las capas de NbO₆ se forman cadenas cortas en zigzag que construyen una base estable, manteniendo la integridad estructural y proporcionando múltiples sitios activos para un almacenamiento de tipo pseudocapacitivo. Esta arquitectura también mejora significativamente la difusión iónica.

La combinación de ánodos de sodio amorfos y litio desorganizado abre la posibilidad de crear baterías con carga ultrarrápida. Esto resulta especialmente relevante para vehículos eléctricos de nueva generación, sistemas estacionarios de almacenamiento de energía renovable y el desarrollo de soluciones de acumulación seguras y confiables.

Los investigadores subrayan que abandonar el orden absoluto en favor del desorden intencionado puede convertirse en un nuevo paradigma para el diseño de tecnologías de baterías del futuro, ofreciendo alta densidad energética y una vida útil prolongada.