Un equipo de investigadores de Corea del Sur consiguió un avance significativo en el desarrollo de baterías de estado sólido, una de las tecnologías que más expectativas genera para el futuro de los vehículos eléctricos y los sistemas de almacenamiento de energía. El grupo desarrolló una celda tipo pouch —un formato utilizado en aplicaciones reales y muy diferente de las pequeñas celdas de laboratorio— capaz de alcanzar una densidad energética de 320 Wh/kg, mientras conservaba más del 92 % de su capacidad después de 250 ciclos.
El trabajo fue desarrollado por investigadores de la Korea Electrotechnology Research Institute (KERI) junto con investigadores de la Kumoh National Institute of Technology, el Korea Institute of Science and Technology (KIST) y el Korea Electronics Technology Institute (KETI). Los resultados fueron publicados en junio de 2025 en ACS Energy Letters, revista de la American Chemical Society.
El resultado es especialmente importante porque no se limita a demostrar que una determinada composición química puede almacenar mucha energía. Uno de los principales obstáculos para las baterías de estado sólido es conseguir que sus diferentes materiales trabajen juntos de manera estable durante cientos de ciclos. Precisamente ahí se concentra la innovación del equipo surcoreano.
Una precisión importante: aunque el avance puede describirse como un resultado de alta densidad energética para un prototipo surcoreano, no sería correcto afirmar que los 320 Wh/kg constituyen el récord mundial absoluto de todas las baterías de estado sólido. Existen otros prototipos y arquitecturas que han comunicado cifras superiores. La relevancia de este trabajo está en combinar una densidad elevada con una celda tipo pouch, una presión de operación relativamente baja y una estrategia para estabilizar la interfaz entre el litio metálico y el electrolito sólido.
¿Qué tienen de diferente las baterías de estado sólido?
Las baterías de ion-litio convencionales utilizan un electrolito líquido que permite que los iones de litio se desplacen entre el ánodo y el cátodo durante los procesos de carga y descarga.
En una batería de estado sólido, ese componente se sustituye por un electrolito sólido. La idea parece sencilla, pero desarrollar una batería comercial alrededor de este concepto es mucho más complejo.
El cambio puede ofrecer varias ventajas potenciales. Entre ellas se encuentran una mayor seguridad térmica, la posibilidad de utilizar materiales de electrodo con mayor capacidad y un aumento de la densidad energética. Además, el uso de un ánodo de litio metálico puede incrementar considerablemente la cantidad de energía que una celda puede almacenar por unidad de masa.
El problema es que el litio metálico es extremadamente reactivo y puede generar estructuras conocidas como dendritas. Estas formaciones pueden crecer desde el ánodo y atravesar el electrolito, provocando cortocircuitos y deteriorando rápidamente la batería. La inestabilidad química en la interfaz entre el litio y el electrolito sólido también puede aumentar la resistencia interna y reducir la vida útil de la celda.
Por eso, el reto actual de las baterías de estado sólido no consiste simplemente en encontrar un material que conduzca iones de litio. También es necesario conseguir que las interfaces entre los distintos componentes permanezcan estables durante cientos o miles de ciclos.
El problema que el equipo surcoreano intentó resolver
El equipo dirigido por investigadores de KERI centró su trabajo en la zona de contacto entre el ánodo de litio metálico y el electrolito sólido.
Esta interfaz es una de las partes más delicadas de una batería de estado sólido. Si el contacto no es uniforme o si se producen reacciones químicas no deseadas, el rendimiento puede deteriorarse rápidamente.
Para solucionar este problema, los investigadores introdujeron una capa intermedia denominada Li₂ZnSb, formada por litio, zinc y antimonio.
La función de esta capa es actuar como una especie de intermediario entre el litio metálico y el electrolito sólido. Según el estudio publicado en ACS Energy Letters, el material ayuda a estabilizar la interfaz, favorece el transporte de iones de litio y reduce problemas asociados con el crecimiento de dendritas.
La estrategia es importante porque intenta atacar uno de los problemas fundamentales de las baterías de estado sólido sin depender únicamente de aumentar la presión mecánica sobre la celda.
Una capa intermedia aplicada mediante «transfer printing»
Otro aspecto interesante de la investigación es la forma en que los científicos incorporaron el Li₂ZnSb.
El equipo desarrolló un procedimiento de transfer printing, una técnica que permite preparar la capa intermedia como una película delgada y posteriormente transferirla al ánodo de litio metálico.
De manera simplificada, la idea consiste en crear una capa extremadamente fina que funcione como una zona de transición entre dos materiales que, de otro modo, pueden presentar problemas de compatibilidad.
Esto tiene importancia desde el punto de vista industrial. Una tecnología de batería puede funcionar perfectamente en una pequeña celda experimental y, sin embargo, resultar extremadamente difícil de fabricar cuando se intenta aumentar su tamaño.
El equipo surcoreano buscó precisamente superar esa limitación mediante la fabricación de ánodos en formato de lámina, que posteriormente pudieron integrarse en celdas tipo pouch. El estudio señala que el procedimiento tiene potencial para ser utilizado en superficies mayores.
320 Wh/kg en una celda tipo pouch
El resultado que más ha llamado la atención es la densidad energética obtenida.
Los investigadores fabricaron una batería de estado sólido en formato pouch que alcanzó aproximadamente 320 Wh/kg bajo las condiciones de prueba descritas en el trabajo.
La densidad energética indica cuánta energía puede almacenar una batería en relación con su masa. En términos sencillos, cuanto mayor sea este valor, más energía puede almacenarse sin aumentar proporcionalmente el peso de la batería.
Esto resulta especialmente importante para los vehículos eléctricos.
Una batería más ligera podría permitir mantener una autonomía determinada reduciendo el peso total del vehículo. Otra posibilidad sería mantener un peso similar al de una batería actual, pero almacenar una cantidad considerablemente mayor de energía.
Sin embargo, hay que tener cuidado con una comparación frecuente: la densidad energética de una celda no equivale necesariamente a la densidad energética del paquete completo instalado en un automóvil. El vehículo necesita sistemas de refrigeración, estructuras de protección, conexiones, electrónica de control y otros componentes.
Por ello, un valor de 320 Wh/kg en una celda experimental no significa automáticamente que un automóvil pueda conseguir una autonomía proporcionalmente superior.
Más del 92 % de capacidad después de 250 ciclos
La densidad energética no es el único dato relevante.
Una batería que almacene mucha energía pero pierda rápidamente su capacidad durante los ciclos de carga y descarga tendría poca utilidad práctica.
En este caso, los investigadores informaron que la celda conservó más del 92 % de su capacidad después de 250 ciclos, utilizando una presión de aproximadamente 2 MPa.
La presión es un aspecto importante en el desarrollo de algunas baterías de estado sólido.
En determinados diseños, mantener los componentes fuertemente presionados ayuda a conservar el contacto entre los electrodos y el electrolito. El inconveniente es que aplicar grandes presiones de manera permanente puede complicar el diseño y fabricación de un paquete de baterías para un vehículo.
Por eso, que el prototipo funcione bajo una presión relativamente baja es uno de los aspectos que hacen interesante el resultado.
Aun así, 250 ciclos no deben interpretarse como una demostración de que la batería ya está preparada para un automóvil comercial. Las baterías de vehículos eléctricos necesitan soportar muchos más ciclos y años de funcionamiento, además de condiciones variables de temperatura, vibraciones y diferentes velocidades de carga.
¿Por qué es importante utilizar litio metálico?
El litio metálico es uno de los materiales más atractivos para las baterías de próxima generación debido a su elevada capacidad específica.
Las baterías de ion-litio actuales utilizan habitualmente materiales como el grafito en el ánodo. El litio metálico puede almacenar una cantidad de carga mucho mayor por unidad de masa, lo que abre la posibilidad de aumentar considerablemente la densidad energética de la celda.
El inconveniente es precisamente su elevada reactividad.
Cuando se utiliza litio metálico en combinación con electrolitos convencionales, pueden producirse reacciones que degradan la celda. Además, durante los ciclos de carga, el litio puede depositarse de manera irregular y generar dendritas.
Los electrolitos sólidos ofrecen una oportunidad para controlar mejor estos fenómenos, pero también introducen sus propios desafíos: son materiales rígidos o menos deformables que un electrolito líquido y pueden presentar problemas de contacto con los electrodos.
La capa de Li₂ZnSb desarrollada por los investigadores busca precisamente crear una interfaz más estable.
Del laboratorio hacia una batería más grande
Uno de los aspectos más interesantes del trabajo es que no se quedó exclusivamente en una celda diminuta utilizada para demostrar un principio científico.
Los investigadores fabricaron una celda tipo pouch, un formato que permite acercarse más a las necesidades de las baterías de mayor tamaño.
Esto no significa que la tecnología esté lista para producción masiva. Entre un prototipo de laboratorio y una batería comercial existe una enorme cantidad de pasos.
La fabricación a gran escala exige, entre otras cosas:
- mantener una calidad uniforme de los materiales;
- fabricar capas delgadas de manera consistente;
- controlar las interfaces entre los diferentes componentes;
- reducir defectos durante la producción;
- conseguir altos niveles de rendimiento industrial;
- controlar los costos de fabricación;
- garantizar miles de ciclos de operación;
- comprobar el comportamiento a diferentes temperaturas;
- desarrollar sistemas de seguridad y gestión de batería;
- y conseguir que todos estos procesos puedan realizarse a gran velocidad.
Precisamente por eso, la posibilidad de utilizar un método de transferencia de capas sobre superficies mayores representa una parte importante del resultado.
¿Esto significa que los autos eléctricos tendrán 1.000 kilómetros de autonomía?
No necesariamente.
Las baterías de estado sólido se han relacionado frecuentemente con autonomías de 800, 1.000 kilómetros o incluso más, pero esas cifras dependen de muchos factores.
La autonomía de un vehículo no está determinada exclusivamente por la densidad energética de sus celdas. También influyen el tamaño de la batería, el peso del automóvil, la aerodinámica, los neumáticos, la eficiencia del motor, la temperatura, la velocidad y las condiciones de conducción.
Por tanto, los 320 Wh/kg obtenidos por el equipo surcoreano deben entenderse como un indicador de rendimiento de la celda, no como una promesa de autonomía concreta para un vehículo.
De hecho, diferentes compañías y grupos de investigación están desarrollando baterías de estado sólido con distintas químicas y arquitecturas. Algunas investigaciones apuntan a densidades superiores, mientras otras priorizan la durabilidad, la velocidad de carga, la seguridad o la facilidad de fabricación.
La carrera mundial por las baterías de estado sólido
Corea del Sur no es el único país que está invirtiendo fuertemente en esta tecnología.
Japón, China, Estados Unidos y varios países europeos cuentan con empresas y centros de investigación que trabajan en baterías de estado sólido.
En Corea del Sur, grandes fabricantes como Samsung SDI, SK On y LG Energy Solution mantienen programas relacionados con baterías de próxima generación. Paralelamente, universidades e institutos públicos como KERI investigan nuevos materiales y métodos de fabricación.
La competencia es especialmente intensa porque las baterías representan uno de los componentes más importantes de los vehículos eléctricos.
El fabricante que consiga producir una batería de estado sólido con alta densidad energética, larga vida útil, carga rápida, seguridad y costos competitivos podría obtener una ventaja considerable en el mercado de vehículos eléctricos y almacenamiento energético.
Pero la industria todavía tiene que demostrar que las ventajas observadas en los laboratorios pueden mantenerse cuando las celdas se fabriquen por millones.
El verdadero desafío: pasar del prototipo a la producción
La historia de las baterías de estado sólido está llena de resultados prometedores que posteriormente se encontraron con dificultades durante la industrialización.
Un prototipo puede fabricarse utilizando condiciones extremadamente controladas, materiales de gran pureza y procesos manuales. Una fábrica, en cambio, debe producir miles o millones de unidades con características prácticamente idénticas.
Esto convierte la escalabilidad en uno de los principales desafíos tecnológicos.
El propio equipo de KERI ha señalado que pretende continuar trabajando en la optimización de los procesos y en pruebas de confiabilidad a largo plazo para celdas de mayor superficie. La investigación también cuenta con protección mediante patentes y contempla colaboración entre instituciones académicas, centros de investigación e industria.
Por ello, el próximo paso no será simplemente aumentar la cifra de Wh/kg, sino demostrar que el rendimiento puede mantenerse cuando la tecnología se fabrica en mayores dimensiones y durante períodos mucho más prolongados.
¿Qué podría cambiar si la tecnología llega al mercado?
Si las baterías de estado sólido consiguen superar sus actuales obstáculos técnicos y económicos, sus aplicaciones podrían ir mucho más allá de los automóviles.
Vehículos eléctricos
Es probablemente el mercado con mayor interés.
Una batería más ligera y con mayor densidad energética podría permitir vehículos con mayor autonomía sin aumentar considerablemente el peso.
También podría facilitar diseños diferentes, con paquetes de baterías más pequeños para conseguir la misma autonomía que un automóvil actual.
Almacenamiento de energía
Las baterías de estado sólido también podrían utilizarse en sistemas de almacenamiento estacionario asociados con redes eléctricas y energías renovables.
En este caso, el peso es menos importante que en un automóvil, pero la seguridad, la durabilidad y la estabilidad térmica pueden convertirse en factores fundamentales.
Electrónica portátil
Teléfonos, computadores portátiles, drones y otros dispositivos también podrían beneficiarse de una mayor densidad energética.
En productos pequeños, incluso un aumento moderado de la energía almacenada puede traducirse en horas adicionales de funcionamiento o en dispositivos más delgados.
Aviación eléctrica
La aviación es uno de los sectores donde la densidad energética tiene mayor importancia. Cada kilogramo adicional representa una penalización importante para una aeronave.
Aunque todavía existen grandes barreras para utilizar baterías en aviones comerciales de gran tamaño, las tecnologías de mayor densidad podrían ampliar las posibilidades para drones, aeronaves pequeñas y determinados sistemas de movilidad aérea.
Un avance importante, pero todavía no una revolución comercial
El resultado de KERI muestra por qué las baterías de estado sólido siguen siendo una de las áreas de investigación más observadas dentro de la industria energética.
La combinación de litio metálico, electrolito sólido, una capa intermedia de Li₂ZnSb y una celda tipo pouch permitió al equipo surcoreano alcanzar 320 Wh/kg y mantener más del 92 % de la capacidad después de 250 ciclos bajo 2 MPa de presión.
La importancia del desarrollo, sin embargo, no está solamente en el número de 320 Wh/kg.
El verdadero avance está en intentar resolver uno de los problemas que más ha limitado a las baterías de estado sólido: la inestabilidad de la interfaz entre el litio metálico y el electrolito sólido.
Todavía quedan obstáculos relacionados con la vida útil, la fabricación a gran escala, los costos, la presión de operación, la estabilidad a diferentes temperaturas y la integración de las celdas en paquetes completos.
Por eso, sería prematuro afirmar que los vehículos eléctricos están a punto de abandonar definitivamente las baterías de ion-litio. Pero los resultados obtenidos en Corea del Sur sí muestran que la tecnología continúa avanzando desde experimentos de laboratorio hacia celdas de mayor tamaño y arquitecturas más cercanas a una eventual aplicación comercial.
La carrera, en definitiva, ya no consiste únicamente en demostrar que una batería de estado sólido puede funcionar. El siguiente gran desafío será demostrar que puede fabricarse en masa, durar muchos años y competir en precio con la tecnología dominante. Y ahí es donde desarrollos como el de KERI pueden convertirse en piezas importantes de la próxima generación de almacenamiento energético.