En pleno enero, cuando las temperaturas caen por debajo de cero y todo se cubre de escarcha, muchos conductores de vehículos eléctricos (EV) se enfrentan al mismo problema: la batería tarda una eternidad en cargarse. Si normalmente una carga rápida toma entre 30 y 40 minutos, en invierno ese tiempo puede duplicarse. En algunos casos extremos, la carga es tan lenta que los usuarios terminan abandonando los puntos de recarga antes de que su coche alcance un nivel útil de batería. Esta limitación, más común de lo que parece, es una de las razones por las que muchas personas aún dudan en dar el salto a la movilidad eléctrica.
Un nuevo estudio liderado por la Universidad de Míchigan propone una solución revolucionaria a este problema. Su investigación, publicada en la revista Joule, presenta una estrategia que permite cargar baterías de iones de litio hasta cinco veces más rápido en temperaturas tan bajas como -10 °C, sin comprometer su capacidad ni su vida útil. Este avance podría ser clave para aumentar la adopción de vehículos eléctricos, especialmente en países con inviernos rigurosos.
El problema del frío y las baterías de coches eléctricos
Las baterías de iones de litio actuales se enfrentan a tres grandes desafíos simultáneos: cargar rápidamente, funcionar eficientemente a bajas temperaturas y mantener una alta densidad de energía con electrodos gruesos. Normalmente, al intentar resolver uno de estos puntos, se comprometen los otros dos. Esto genera un complicado dilema para ingenieros y fabricantes, ya que limita el diseño de baterías capaces de ofrecer buen rendimiento en condiciones reales de uso.
Cuando el termómetro baja, el movimiento de los iones de litio en el interior de la batería se ralentiza considerablemente, lo que reduce tanto su capacidad como la velocidad de carga. Además, se forma una capa química en la superficie del electrodo que dificulta aún más el paso de los iones. Si se fuerza la carga en estas condiciones, pueden aparecer depósitos metálicos de litio (conocidos como Li plating) que no solo reducen la eficiencia, sino que también suponen un riesgo de seguridad.
El equipo de la Universidad de Míchigan identificó esta capa como un obstáculo clave. A bajas temperaturas, la resistencia interfacial al intercambio de carga se convierte en el factor dominante en la polarización de la celda. Por tanto, era necesario encontrar una manera de evitar o minimizar la formación de esta barrera.
Una solución doble: arquitectura 3D y recubrimiento artificial
Para resolver este problema, los investigadores combinaron dos técnicas: una modificación física del electrodo y un recubrimiento químico. Por un lado, utilizaron un láser para perforar microcanales verticales dentro del ánodo de grafito, creando lo que llaman una arquitectura 3D. Esta estructura facilita el paso de los iones hacia el interior del electrodo, haciendo más eficiente el proceso incluso cuando el litio se mueve con lentitud por el frío.
Por otro lado, recubrieron la superficie del electrodo con una capa artificial de 20 nanómetros compuesta por una mezcla de borato y carbonato de litio (Li₃BO₃–Li₂CO₃). Esta película funciona como una interfaz sólida artificial (o SEI artificial) que impide la formación de la barrera química natural. Gracias a sus propiedades, permite que los iones de litio atraviesen la superficie con mucha mayor facilidad.
La combinación de ambas estrategias fue clave. Según los resultados del estudio, las baterías con estos electrodos integrados lograron un aumento de más del 500 % en la capacidad accesible y conservaron más del 97 % de su capacidad tras 100 ciclos, incluso a -10 °C. En otras palabras, las baterías modificadas mantienen su capacidad y se cargan cinco veces más rápido, incluso en condiciones extremas.
Resultados prometedores en pruebas reales
Para comprobar la efectividad de su enfoque, el equipo fabricó celdas en formato pouch, similares a las que se usan en la industria automotriz, con electrodos de 3,2 mAh/cm² de carga. Estas baterías fueron sometidas a 100 ciclos de carga rápida (entre 4C y 6C) a -10 °C. Los resultados fueron impresionantes: más del 92 % de la capacidad se mantuvo tras esos 100 ciclos, y más del 80 % después de 500 ciclos, sin que se detectaran depósitos de litio metálico.
En comparación, las baterías sin estas mejoras apenas conservaron el 36 % de su capacidad tras solo 50 ciclos. Esto indica que el enfoque no solo mejora la velocidad de carga, sino que también alarga la vida útil de las celdas. Los autores indican que la mejora del rendimiento está relacionada con la eliminación del plating de litio bajo condiciones extremas, sin que eso suponga una disminución significativa de la eficiencia de carga-descarga.
Otra ventaja es que estas modificaciones no requieren rediseñar completamente los procesos de fabricación. Como señala el equipo, pueden aplicarse a baterías comerciales sin cambiar la tecnología base, lo que facilitaría su adopción por parte de la industria.
Implicaciones para el futuro de la movilidad eléctrica
Uno de los principales obstáculos para la adopción masiva de coches eléctricos es precisamente la ansiedad por la autonomía y los largos tiempos de carga, especialmente en invierno. Aunque en España no se alcanzan con frecuencia temperaturas extremas como las del norte de Europa o ciertas regiones de Estados Unidos, las bajas temperaturas de madrugada o en zonas de montaña sí pueden ralentizar notablemente la carga de las baterías. A esto se suma el hecho de que muchas estaciones de carga rápida aún no ofrecen el rendimiento prometido en condiciones reales.
En países como EE. UU., el problema se ha hecho especialmente visible: encuestas recientes indican que un 63 % de los adultos se muestran poco dispuestos a comprar un EV, en parte por estas limitaciones. Durante la ola de frío de enero de 2024, muchos propietarios reportaron tiempos de carga que superaban la hora, incluso en estaciones de carga rápida.
La propuesta de la Universidad de Míchigan aborda directamente este “punto de dolor” del usuario. Si las baterías pueden cargarse en solo 10 minutos incluso a -10 °C, la experiencia mejora drásticamente y desaparecen muchas de las dudas actuales sobre su fiabilidad.
Además, esta solución no implica un cambio radical en los materiales utilizados. Se sigue trabajando con ánodos de grafito y electrolitos de carbonato, los estándares de la industria, lo que significa que se puede aprovechar la infraestructura existente y las inversiones en fábricas de baterías. Esta compatibilidad tecnológica podría acelerar la llegada al mercado de baterías más adaptadas al uso real.
Referencias
- Tae H. Cho, Manoj Jangid, Yulin Li, et al. Enabling 6C fast charging of Li-ion batteries at sub-zero temperatures via interface engineering and 3D architectures. Joule, 2025. DOI: 10.1016/j.joule.2025.101881.
Cortesía de Muy Interesante
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