Explotación de un prototipo de batería de alto rendimiento de fluoruro de magnesio habilitado por un electrólito mediado por un receptor de aniones

Baterías más seguras y baratas para un mundo hambriento de energía

Mientras nuestros hogares, coches y redes demandan cada vez más electricidad, las baterías de ion-litio de hoy afrontan preguntas exigentes sobre coste, seguridad y materias primas. Este estudio explora una alternativa prometedora: baterías basadas en magnesio, un metal común y económico. Al rediseñar con ingenio el líquido dentro de la batería —el electrólito—, los investigadores muestran cómo desbloquear una nueva batería de magnesio–fluoruro de alta energía que funciona de forma eficiente, dura cientos de ciclos e incluso sigue operando a temperaturas bajo cero.

Por qué el magnesio merece una mirada más atenta

Las baterías de magnesio resultan atractivas porque el metal es abundante en la corteza terrestre y puede almacenar una gran cantidad de carga en un volumen pequeño. A diferencia del litio, el magnesio es menos propenso a formar crecimientos en forma de aguja que puedan perforar el separador y provocar cortocircuitos, lo que mejora la seguridad. Sin embargo, la tecnología del magnesio se ha estancado, principalmente porque es difícil encontrar un electrodo positivo (el “cátodo”) adecuado que ofrezca a la vez alta energía y larga vida. Materiales tradicionales como los sulfuros y óxidos funcionan a bajos voltajes, limitando la energía que puede entregar la batería, o mueven los iones de magnesio tan lentamente que la potencia y la vida útil se ven afectadas. Los fluoruros metálicos, en particular el fluoruro de hierro y el oxifluoruro de hierro, ofrecen mucha más energía, pero son notoriamente difíciles de utilizar de forma eficiente con magnesio.

Un aditivo inteligente que doma un electrólito difícil

El corazón del problema está en el electrólito, el líquido que transporta carga entre los dos electrodos de la batería. Un electrólito de magnesio popular, conocido como solución de complejo todo-fenilo, conduce bien los iones y es compatible con el metal de magnesio, pero contiene conglomerados basados en cloruro que corroen agresivamente las piezas metálicas y se descomponen a altos voltajes. El equipo introduce una molécula especial, tris(pentafluorofenil)borano, que actúa como un “receptor de aniones” en este líquido. Mediante simulaciones por ordenador, resonancia magnética nuclear y espectroscopía Raman, muestran que este aditivo captura selectivamente las especies que contienen cloruro e interactúa con el disolvente. Esto descompone los conglomerados más corrosivos de magnesio–cloruro, distribuye la carga negativa y debilita la afinidad con que el disolvente y el cloruro se aferran a los iones de magnesio y litio.

Hacer que los iones se muevan más rápido y que las superficies duren más

Al aflojar estos enlaces, el electrólito diseñado reduce el coste energético para que los iones se desprendan de sus “capas” de disolvente y cloruro antes de entrar o salir del electrodo, un paso que a menudo ralentiza las baterías. Los cálculos revelan que el aditivo reduce significativamente la barrera para la ruptura del enlace magnesio–cloruro, el paso más lento del proceso. Los experimentos confirman que esta química amplia el voltaje operativo seguro del electrólito y reduce drásticamente la corrosión de los colectores de corriente metálicos comunes. Al mismo tiempo, el magnesio puede seguir siendo depositado y disuelto de forma reversible en el electrodo negativo. En conjunto, el electrólito mantiene una conductividad en masa similar a la solución original pero mejora de forma notable la estabilidad interfacial y la cinética de transferencia de carga.

Una batería de magnesio–fluoruro de alta energía en acción

Armados con este electrólito mejorado, los investigadores construyen una batería completa de magnesio usando un electrodo positivo de oxifluoruro de hierro. El diseño combina ingeniosamente iones de litio y magnesio: los iones de litio ayudan al oxifluoruro de hierro a reaccionar de forma rápida y reversible, mientras que el magnesio metálico en el lado negativo proporciona alta energía y seguridad. En pruebas a temperatura ambiente, la batería ofrece una alta capacidad reversible de aproximadamente 354 miliamperio-hora por gramo y mantiene una capacidad útil incluso a una corriente diez veces mayor. A –20 °C, todavía suministra 177 miliamperio-hora por gramo durante 200 ciclos. Cuando la reacción se limita a procesos de “intercalación” más suaves, las celdas ciclan más de 500 veces con pérdidas de capacidad por ciclo mínimas y un voltaje medio alrededor de 1,77 voltios, lo que indica durabilidad a largo plazo.

Qué significa esto para el almacenamiento de energía futuro

Para un usuario habitual, la conclusión es que una química más inteligente dentro del electrólito puede convertir un conjunto de materiales prometedor pero problemático en una batería práctica y de alto rendimiento. Al usar un receptor de aniones para neutralizar especies corrosivas y acelerar el movimiento iónico, el equipo abre la puerta a baterías de magnesio–fluoruro de alta energía que son más seguras, baratas y más tolerantes al frío que muchas tecnologías actuales. Aunque se necesitan trabajos adicionales para reducir las pérdidas iniciales y escalar la tecnología, esta estrategia de receptor de aniones ofrece una herramienta poderosa para diseñar baterías de próxima generación que vayan más allá del litio sin renunciar al rendimiento que requieren los sistemas energéticos modernos.

Cita: Chen, K., Lei, M., Wang, T. et al. Exploiting a high-performance magnesium-fluoride battery prototype enabled by anion-receptor-mediated electrolyte. Nat Commun 17, 2143 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-68903-5

Palabras clave: baterías de magnesio, diseño de electrólito, <keyword>receptor de aniones, almacenamiento de energía