El equipo de investigación de la Universidad Hanyang de Corea ha desarrollado recientemente una estrategia de recubrimiento metálico basada en orientación cristalina, que, al regular la orientación cristalina y las características superficiales del sustrato de zinc (Zn), mejora significativamente la estabilidad cíclica de las baterías metálicas de magnesio (Mg) sin ánodo, abriendo una nueva ruta para tecnologías de almacenamiento de energía de alta densidad energética.

Las baterías metálicas de magnesio tradicionales suelen depender de ánodos de magnesio prefabricados, mientras que el diseño sin ánodo deposita directamente magnesio en el colector de corriente (como láminas de cobre o zinc) para ahorrar material de ánodo, reduciendo el peso de la batería, bajando costos y aumentando la densidad energética. Sin embargo, durante la carga, la deposición desigual de iones de magnesio en la superficie del colector de corriente fácilmente forma dendritas, lo que no solo acorta la vida útil de la batería, sino que también puede causar riesgos de cortocircuito, obstaculizando seriamente su aplicación práctica.

La solución propuesta por el equipo del profesor asistente Hee-Dae Lim del Departamento de Ingeniería Química de la Universidad Hanyang es: utilizar un sustrato de zinc con una cara cristalina específica (002) para guiar la deposición horizontal uniforme del magnesio. El equipo de investigación logró este objetivo mediante tres tecnologías clave: primero, seleccionar zinc como material de sustrato similar en estructura al magnesio; segundo, mediante un proceso de recocido térmico, exponer selectivamente la cara cristalina (002) termodinámicamente estable en la lámina de zinc, proporcionando al magnesio un camino de difusión plano; tercero, adoptar tecnología de grabado por iones reactivos para pulir físico-químicamente la superficie del zinc, reduciendo la interferencia de los defectos de los límites de grano en la deposición de magnesio.

Los resultados experimentales indican que la batería de magnesio con este sustrato P-Zn(002) procesado mantiene una tasa de retención de capacidad del 87,58% después de 900 ciclos a alta densidad de corriente (200 mA/g), superando con creces el rendimiento de las baterías de magnesio sin ánodo convencionales. Este modo de deposición uniforme de magnesio suprime efectivamente la formación de dendritas, mejorando drásticamente la estabilidad cíclica de la batería.

"Nuestra plataforma de magnesio metálico orientada por caras cristalinas establece las bases para el desarrollo de baterías metálicas de magnesio de próxima generación de alta densidad energética, y se espera que contribuya a la construcción futura de redes inteligentes basadas en energías renovables", indicó el profesor Hee-Dae Lim. Este estudio, al lograr un control cristalográfico, ha dado un paso clave hacia la aplicación práctica de baterías metálicas de magnesio sin ánodo.

Los resultados relacionados se han publicado en la revista líder en materiales de energía internacional Advanced Energy Materials, proporcionando un soporte teórico importante y una demostración técnica para el desarrollo de baterías de magnesio de alta seguridad y larga vida útil.