El microscopio electrónico de barrido CIQTEK permite una investigación revolucionaria sobre baterías de estado sólido por parte de Tsinghua SIGS, publicada en Nature.

Las baterías de litio metálico de estado sólido (SSLMB) son ampliamente reconocidas como la fuente de energía de próxima generación para vehículos eléctricos y almacenamiento de energía a gran escala, ya que ofrecen alta densidad energética y excelente seguridad. Sin embargo, su comercialización se ha visto limitada durante mucho tiempo por la baja conductividad iónica de los electrolitos sólidos y la escasa estabilidad interfacial en la interfaz sólido-sólido entre electrodos y electrolitos. A pesar de los importantes avances en la mejora de la conductividad iónica, el fallo interfacial bajo alta densidad de corriente o funcionamiento a baja temperatura sigue siendo un obstáculo importante.

Un equipo de investigación liderado por el Prof. Feiyu Kang, el Prof. Yanbing He, el Prof. Asociado Wei Lü y el Prof. Adjunto Tingzheng Hou del Instituto de Investigación de Materiales de la Escuela Internacional de Posgrado de Tsinghua en Shenzhen (SIGS), en colaboración con el Prof. Quanhong Yang de la Universidad de Tianjin, ha propuesto un Nuevo concepto de diseño de una interfase de electrolito sólido dúctil (SEI) para abordar este desafío. Su estudio, titulado “Una interfase de electrolito sólido dúctil para baterías de estado sólido” , fue publicado recientemente en Naturaleza .

El microscopio electrónico de barrido de emisión de campo (FE-SEM) de CIQTEK permite la caracterización de interfaces de alta resolución.

En este estudio, el equipo de investigación utilizó el Microscopio electrónico de barrido de emisión de campo CIQTEK ( SEM4000X ) para caracterización microestructural de la interfaz sólido-sólido. El FE-SEM de CIQTEK proporcionó Imágenes de alta resolución y excelente contraste de superficie , lo que permite a los investigadores observar con precisión la evolución de la morfología y la integridad interfacial durante el ciclado electroquímico.

SEI dúctil: Un nuevo camino más allá del enfoque exclusivo en la resistencia. Paradigma

Las SEI tradicionales ricas en materiales inorgánicos, si bien son mecánicamente rígidas, tienden a sufrir fracturas frágiles durante los ciclos de carga y descarga, lo que provoca el crecimiento de dendritas de litio y una cinética interfacial deficiente. El equipo de Tsinghua se apartó del paradigma de la «resistencia únicamente» al enfatizar la «ductilidad» como criterio de diseño clave para los materiales SEI. Utilizando la relación de Pugh (B/G ≥ 1,75) como indicador de ductilidad y mediante un cribado asistido por IA, identificaron el sulfuro de plata (Ag₂S) y el fluoruro de plata (AgF) como componentes inorgánicos prometedores con una deformabilidad superior y bajas barreras de difusión de iones de litio.

Partiendo de este concepto, los investigadores desarrollaron un electrolito sólido compuesto orgánico-inorgánico con aditivos de AgNO₃ y rellenos de Ag/LLZTO (Li₆.₇₅La₃Zr₁.₅Ta₀.₅O₁₂). Durante el funcionamiento de la batería, una reacción de desplazamiento in situ transformó los frágiles componentes de la SEI de Li₂S/LiF en capas dúctiles de Ag₂S/AgF, formando una estructura SEI con gradiente de «exterior blando, interior resistente». Este diseño multicapa disipa eficazmente la tensión interfacial, mantiene la integridad estructural en condiciones extremas y favorece la deposición uniforme de litio.

Figura 1. Ilustración esquemática del mecanismo de selección de componentes y del mecanismo funcional de la SEI dúctil durante el ciclo de la batería de estado sólido.

Figura 2. Análisis estructural y composicional de la SEI dúctil rica en materia inorgánica.

Rendimiento electroquímico excepcional

Gracias a esta SEI dúctil, las baterías de estado sólido demostraron una notable estabilidad electroquímica:

• Más de 4.500 horas de ciclo estable a 15 mA cm⁻² y 15 mAh cm⁻² a temperatura ambiente.

• Más de 7.000 horas de ciclo estable a −30 °C bajo 5 mA cm⁻².

• Las celdas completas emparejadas con cátodos de LiNi₀.₈Co₀.₁Mn₀.₁O₂ (NCM811) exhibieron un excelente rendimiento a alta velocidad (20 C) y a baja temperatura.

Figura 3. Deformabilidad plástica excepcional y estabilidad mecánica de la SEI dúctil rica en materia inorgánica.

Una estrategia innovadora para la ingeniería de interfaces en baterías de estado sólido

Esta investigación proporciona un nuevo marco teórico y práctico para el diseño de estructuras SEI ideales, lo que supone un avance significativo hacia la viabilidad comercial de las baterías de estado sólido. Al integrar la ductilidad mecánica con una alta conductividad iónica, el estudio abre una nueva vía en el diseño de electrolitos de estado sólido y materiales de interfaz.

Referencia:
Kang, FY, He, YB, Lü, W., Hou, TZ, Yang, QH, et al. (2025). Una interfase de electrolito sólido dúctil para baterías de estado sólido. Nature.
https://www.nature.com/articles/s41586-025-09675-8