MIT rompió un compromiso en las baterías al reducir la molécula del electrolito, no al rediseñarla

Las baterías de sodio metálico son atractivas porque el sodio es aproximadamente 1.000 veces más abundante que el litio y cuesta cerca de una centésima parte por libra, pero el sodio metálico es altamente reactivo, lo que dificulta lograr tanto estabilidad a largo plazo como carga y descarga rápidas en una misma batería. El electrolito —el componente que transporta los iones cargados entre los electrodos— suele ser el cuello de botella: la mayoría de los electrolitos reaccionan con los electrodos de formas que acumulan compuestos insolubles, bloquean el transporte de iones y, finalmente, acaban con la batería.

En 2021, el mismo grupo de MIT había identificado el DMTMSA, un disolvente de sulfonamida que se mantenía estable en ambos electrodos en baterías de litio —descrito por el líder del grupo, Ju Li, como «mágicamente estable». La pregunta abierta para las baterías de sodio era si una molécula relacionada podría conservar esa estabilidad y, a la vez, ser lo bastante pequeña para mover los iones de sodio con rapidez, ya que las moléculas de disolvente más voluminosas frenan el transporte de iones del mismo modo que una maleta grande frena a alguien que avanza entre una multitud.

En lugar de buscar de forma amplia, el equipo restringió la búsqueda a moléculas «congéneres» —estructural y electrónicamente similares al DMTMSA—, razonando que pertenecer a la misma familia tenía más probabilidades de preservar la estabilidad. El estudiante de doctorado Chia-Wei Hsu construyó un algoritmo guiado por IA que generó 100.000 moléculas candidatas en 24 horas, las redujo a 200 mediante criterios de forma y propiedades electrónicas, y luego seleccionó 27 candidatas representativas que abarcaban ese rango para probarlas en laboratorio en condiciones equiparables.

El DMFSA, la más pequeña de las 27, ganó en ambos ejes: estabilidad y transporte rápido de iones. El grupo ahora repite el mismo proceso de búsqueda congénere partiendo del propio DMFSA, con la esperanza de encontrar un disolvente aún mejor, y presenta el método subyacente —usar el tamaño molecular y la similitud de familia como variables de búsqueda— como un principio general de diseño de electrolitos aplicable más allá de las baterías de sodio.

Buscar solo moléculas estructuralmente similares a un disolvente de estabilidad conocida y luego elegir la más pequeña

Restringir las candidatas a moléculas estructuralmente relacionadas con un disolvente de estabilidad demostrada significó que el equipo no apostaba la estabilidad contra la velocidad desde cero: la similitud actuó como un prior de estabilidad.

Generar 100.000 candidatas por computación y filtrarlas a 27 significó que el paso costoso —sintetizar y probar electrolitos frente a frente— solo tuviera que realizarse sobre una lista corta.

Probar las 27 finalistas en condiciones idénticas convirtió la comparación en una lectura justa y directa de qué punto del compromiso ganaba, en lugar de resultados confundidos por montajes diferentes.

Un investigador independiente (Jinhyuk Lee, Universidad McGill) calificó el enfoque de tamaño y similitud como generalizable a otras químicas de almacenamiento de energía, no solo a este sistema.

Cuando dos propiedades se compensan mutuamente, buscar moléculas relacionadas con un ejemplo conocido bueno, no en todo el espacio: mantener fija la familia mientras se optimiza el tamaño convierte una búsqueda abierta en una lista corta comprobable.

Los hallazgos fueron publicados en la revista Joule por 15 miembros del equipo del MIT. El grupo ha pasado a una segunda ronda de búsqueda congénere usando el DMFSA como nuevo punto de referencia en lugar del DMTMSA, con el objetivo de encontrar un disolvente que mejore aún más tanto la estabilidad como la velocidad de carga. El trabajo contó en parte con el apoyo de una subvención de la Fundación Nacional de Investigación de Corea y una beca de investigación de posgrado de la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU., con equipos de caracterización proporcionados por MIT.nano.