Distribución de densidad de corriente de gradiente y análisis de XRD in situ de la deposición de Zn en un sustrato de Cu. Crédito: Nature Communications (2025). Doi: 10.1038/s41467-025-61813-y
Se supone que la carga rápida de una batería es arriesgada, un atajo que conduce a la descomposición de la batería. Pero para un equipo de Georgia Tech que estudia baterías de iones de zinc, la carga rápida condujo a un avance: fortaleció la batería. Este resultado podría revolucionar cómo impulsamos las casas, los hospitales y la red.
Al voltear una creencia fundamental en el diseño de la batería, Hailong Chen, profesor asociado en la Escuela de Ingeniería Mecánica George W. Woodruff, y su equipo descubrió que cargar baterías de iones de zinc a corrientes más altas puede hacer que duren más. El sorprendente resultado, publicado recientemente en Comunicaciones de la naturalezaDesafía los supuestos centrales y ofrece un camino hacia alternativas más seguras y asequibles a la tecnología de iones de litio.
¿Por qué las baterías de iones de zinc?
Las baterías de iones de zinc tienen varias ventajas clave sobre las baterías de iones de litio, la tecnología de batería recargable más utilizada:
Abundante: el zinc es uno de los metales más abundantes de la Tierra, y se extrae en muchos países. Bajo costo: el zinc es significativamente más barato que el litio y no depende de los materiales escasos. No inflamable: a diferencia del litio, las baterías de zinc no se incendiarán, un beneficio crítico de seguridad. Ambientalmente más seguro: el zinc es menos tóxico y más fácil de reciclar que los materiales a base de litio.
Sin embargo, hasta el descubrimiento de Chen, las baterías de iones de zinc tenían un inconveniente importante. El crecimiento de las dendritas, los depósitos de metal afilados que se forman durante la carga, pueden finalmente cortocircuitar la batería.
“Descubrimos que el uso de una carga más rápida realmente suprimió la formación de dendrita en lugar de acelerarla”, dijo Chen. “Es un comportamiento muy diferente al que vemos en las baterías de iones de litio”.
Con este enfoque, el zinc no se acumula en dendritas. En cambio, se establece en capas lisas y compactas, más como libros cuidadosamente apilados que los fragmentos astillados, una estructura que no solo evita cortocircuitos, sino que también ayuda a la batería a durar más.
“Va en contra del pensamiento convencional de que la carga rápida acorta la duración de la batería”, dijo Chen. “Lo que encontramos expande la comprensión de las personas de la carga rápida que podría reescribir cómo pensamos sobre el diseño de la batería y dónde se pueden usar.
Resolver la mitad del problema
Incluso los avances tienen límites. Chen se apresuró a señalar que, si bien su descubrimiento resuelve un problema importante, solo soluciona la mitad de la batería.
Una batería tiene dos extremos principales, el ánodo y el cátodo. El equipo de Chen hizo que el ánodo durara mucho más. Ahora, el cátodo debe ponerse al día. Está trabajando para mejorar el cátodo, por lo que toda la batería funciona de manera confiable con el tiempo. Su equipo también está experimentando con la mezcla de zinc con otros materiales para hacer que las baterías de iones de zinc sean aún más duraderas.
Probar todo a la vez
El equipo de Chen no solo tropezó con estos resultados. Construyeron una herramienta novedosa que les permitía ver cómo el zinc se comportaba bajo diferentes tasas de carga en tiempo real, estudiando muchas muestras simultáneamente.
Esa vista en tiempo real de lado a lado era importante. Los experimentos tradicionales de la batería generalmente prueban una variable a la vez. Pero este nuevo enfoque permitió a los investigadores probar cientos de condiciones al mismo tiempo, acelerando el descubrimiento y revelando patrones que habrían sido fáciles de perder.
“No solo estábamos viendo si la batería funcionaba o no; estábamos observando la estructura del material evolucionando a medida que se cargaba”, señaló Chen. Utilizando su nueva herramienta, él y su equipo descubrieron por primera vez por qué la carga rápida hace que el zinc se asiente en capas suaves y bien llenas en lugar de picos peligrosos y parecidos a la aguja. Nadie había mapeado experimentalmente este proceso antes.
Es un enfoque que combina eficiencia con información.
Cargar en el futuro
El equipo de Chen no reinventó la batería. Desafiaron el status quo, y los datos los llevaron a algún lugar que nadie imaginó. Ese resultado inesperado podría redefinir la ciencia de la batería.
“Se puede imaginar que estas baterías de iones de zinc se utilizan para almacenar energía solar en hogares o para la estabilización de la red”, dijo Chen. “En cualquier lugar que necesite potencia de respaldo confiable y asequible”.
Con la creciente demanda de energía limpia, las cadenas de suministro de litio inestables y las preocupaciones de seguridad sobre las baterías inflamables, la necesidad de alternativas nunca ha sido más urgente.
Si todo va bien, Chen espera que las baterías de iones de zinc puedan estar listas para el uso diario en unos cinco años.
Más información: Yifan Ma et al, comprensión de crecimiento texturizado dependiente de la velocidad en electrodeposición de zinc a través de la difracción de rayos X in situ de alto rendimiento, comunicaciones de la naturaleza (2025). Doi: 10.1038/s41467-025-61813-y
Proporcionado por el Instituto de Tecnología de Georgia
Cita: baterías de iones de zinc rápidos para voltear una creencia fundamental en el diseño de la batería (2025, 21 de agosto) Recuperado el 21 de agosto de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-08-fast-zinc- ion-batteries-flip.html
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