Investigadores de la Universidad de Stanford desarrollaron una batería de hierro capaz de transferir hasta cinco electrones por átomo. ¿Habrá una nueva generación de eléctricos?
Un equipo interdisciplinario compuesto por 23 científicos de la Universidad de Stanford, colaborando con laboratorios nacionales de Estados Unidos y universidades de Japón y Corea del Sur, consiguieron un avance de talla mundial en el terreno de las baterías: un nuevo material basado en hierro que logra transferir cinco electrones por átomo de hierro en su ciclo de carga-descarga, superando el límite habitual de dos o tres.
Este hallazgo, publicado recientemente en la revista Nature Materials, podría revolucionar tanto la movilidad eléctrica como los sistemas de almacenamiento estacionario. La investigación tiene sus orígenes en 2018, cuando el doctorando William Gent planteó la hipótesis de que el hierro podría liberarse de sus limitaciones tradicionales y exponer un estado de energía superior.
Aunque su trabajo se quedó en experimentos preliminares, sentó la base para que en 2021 los investigadores Hari Ramachandran y Edward Mu retomaran la línea de exploración, logrando estabilizar la estructura del material reduciendo las partículas a entre 300 y 400 nanómetros y sintetizándolas vía solución líquida.
Nuevo material para baterías
El nuevo material, denominado LFSO (litio-hierro-antimonio-oxígeno), fue probado en el conjunto de instalaciones del SLAC National Accelerator Laboratory-Stanford Battery Center, donde demostraron que la transferencia de cinco electrones era reversible sin que la estructura cristalina colapsara.
Mediante técnicas avanzadas de espectroscopía y modelado computacional, dirigidas por Eder Lomeli y bajo el asesoramiento de Tom Devereaux, se pudo confirmar que el oxígeno juega un papel activo en el proceso junto al hierro. “Los átomos en este material tan bien ordenado se comportan como una sola entidad”, afirmó Lomeli.
Ventajas del hierro
Una de las grandes ventajas de este desarrollo es que el hierro es uno de los metales más abundantes y baratos de la Tierra, lo que podría reducir la dependencia de metales críticos como el cobalto y el níquel. Según los investigadores, alrededor del 70 % del cobalto mundial se extrae de la República Democrática del Congo, bajo condiciones que enfrentan serias denuncias por explotación, trabajo infantil y daños ambientales.
En la práctica, este avance podría permitir fabricar baterías de mayor densidad energética y voltaje, tanto para vehículos eléctricos como para sistemas de almacenamiento estacionario. Actualmente, los cátodos de litio-hierro-fósforo (LFP) ya representan alrededor del 40 % de las baterías de ion-litio fabricadas, pero adolecen de voltajes más bajos. Con el nuevo material, “un cátodo de hierro de alto voltaje podría evitar la disyuntiva entre mayor voltaje y uso de metales costosos”, según Mu.
Aún falta camino por recorrer
Sin embargo, el camino hacia la comercialización aún presenta desafíos. El equipo trabaja en la optimización de forma, composición y química de las partículas, además de buscar sustitutos para el antimonio, que resulta caro y presenta sus propias vulnerabilidades de abastecimiento. “Nuestra exploración detallada de la estructura electrónica de esta especie basada en hierro proporciona evidencia concluyente de oxidación más allá de tres electrones”, señaló el asesor principal del proyecto, William Chueh.
El impacto de esta innovación puede ir más allá del almacenamiento de energía convencional. La Universidad de Stanford destaca que el material podría emplearse también en aplicaciones de magnetismo como máquinas de resonancia magnética o levitación magnética para trenes de alta velocidad.
Paola Reyes Bohórquez.
