CATL explora las baterías de litio-aire mientras los 2.000 km de autonomía siguen siendo un objetivo de investigación

Una mayor autonomía empieza con un complejo problema químico

CATL está explorando baterías de litio-aire con una energía específica teórica de unos 3.505 vatios-hora por kilogramo, una cifra que sustenta las proyecciones de automóviles eléctricos capaces de recorrer 2.000 kilómetros con una sola carga. Wu Kai, científico jefe de la empresa, señaló esta tecnología como una futura línea de investigación en el Foro de 2026 sobre Potencia Industrial, celebrado en Pekín. La tarea inmediata es lograr que la química sea recargable, duradera y lo bastante práctica para un vehículo.

Contemporary Amperex Technology Co. Limited, el fabricante chino de baterías conocido como CATL, no ha anunciado ningún vehículo de producción capaz de alcanzar esa autonomía ni una fecha de lanzamiento comercial para las baterías de litio-aire. La cifra de 2.000 km es una proyección basada en el potencial de esta química para almacenar grandes cantidades de energía en relación con su peso.

La hoja de ruta de investigación de Wu sitúa esta tecnología a más de una década de distancia dentro del trabajo de largo plazo de la empresa. Según las informaciones sobre sus declaraciones, el programa de laboratorio de CATL también ha alcanzado una energía específica superior a 1.000 Wh/kg y una vida útil de 500 ciclos de carga y descarga. Convertir esos avances de laboratorio en una batería completa requiere equipos que controlen el aire entrante, protejan los materiales reactivos y mantengan un rendimiento estable tras usos repetidos.

Las investigaciones en China y Estados Unidos ayudan a explicar tanto el atractivo como la dificultad de esta tecnología. Los científicos han demostrado cientos de ciclos en algunos diseños y al menos 1.000 en otro. También estudian por qué los productos sólidos de la reacción obstruyen los electrodos y por qué al oxígeno le cuesta llegar a los lugares donde se genera electricidad.

Cómo utiliza la batería el oxígeno del aire

Una batería convencional de iones de litio mueve iones de litio entre dos electrodos que contienen materiales capaces de retenerlos. En cambio, una batería de litio-aire utiliza litio metálico en el electrodo negativo y oxígeno como reactivo en el electrodo positivo. Un electrodo es la parte de una batería donde tiene lugar una reacción que produce o almacena electricidad.

En un diseño común de litio-aire, el litio y el oxígeno reaccionan durante la descarga para formar peróxido de litio dentro de un electrodo positivo poroso. Los electrones fluyen por el circuito externo y suministran electricidad. La carga debería invertir ese proceso: descomponer el peróxido de litio, liberar oxígeno y restaurar el litio metálico.

El oxígeno que llega desde el exterior de la celda reduce la necesidad de transportar desde el principio un material convencional para el electrodo positivo que contenga todos los reactivos. Esto confiere a la química de litio-aire su energía específica teórica excepcionalmente alta. La contrapartida es que una batería que toma aire debe gestionar también gases y humedad, que una celda convencional sellada mantiene en el exterior.

Los investigadores estudian distintas variantes de esta química. Algunas utilizan electrolitos líquidos, los materiales que transportan iones entre los electrodos. Otras emplean geles o sólidos. Sus productos de reacción y condiciones de funcionamiento pueden variar, algo importante a la hora de comparar su rendimiento.

Por qué aparecen tanto 3.505 como 12.000 Wh/kg

La cifra de 3.505 Wh/kg que suele citarse procede de la reacción teórica de peróxido de litio e incluye la masa del oxígeno reactivo. Las cifras cercanas a 12.000 Wh/kg excluyen el oxígeno del cálculo de la masa. Por tanto, la cifra más alta utiliza un criterio de cálculo distinto.

Una batería completa incorpora electrolito, estructuras de electrodos, separadores, piezas de protección y equipos para controlar el aire. La batería de un vehículo también necesita conexiones, una carcasa y control de temperatura. Cada componente añade peso u ocupa espacio, lo que reduce la energía almacenada por kilogramo del sistema acabado.

Como referencia, en la cobertura de las investigaciones se suele situar la energía de las celdas convencionales de iones de litio entre unos 200 y 300 Wh/kg, y la de algunos diseños avanzados, en torno a 350 Wh/kg. Dividir 3.505 entre 350 da aproximadamente diez. El reto práctico consiste en conservar suficiente ventaja química después de incorporar todo el hardware necesario.

La afirmación de que el litio-aire ofrece cinco veces más energía específica que las baterías de estado sólido se basa en comparar unos 3.500 Wh/kg con una cifra teórica de 700 Wh/kg para las baterías de estado sólido. Una comparación útil para los conductores requeriría medir baterías completas en condiciones comparables, teniendo en cuenta la capacidad utilizable, la potencia y la durabilidad.

Qué miden realmente los resultados de laboratorio

Investigadores vinculados a la Universidad de Jilin y a la Academia China de Ciencias informaron en un estudio de 2024 publicado en Advanced Energy Materials que una celda tipo bolsa de litio-aire alcanzó 757,5 Wh/kg. Su diseño utilizó un electrolito polimérico convertido en gel dentro de la celda. También demostraron 241 ciclos de laboratorio en condiciones especificadas de 500 miliamperios por gramo y un límite de capacidad de 1.000 miliamperios-hora por gramo.

Esas condiciones de funcionamiento importan porque un ciclo puede aprovechar solo una parte de la capacidad potencial de una celda. El recuento de ciclos resulta más útil cuando también se sabe hasta qué punto se descargó la celda, a qué velocidad funcionó y cuánta capacidad conservó.

Investigadores del Instituto de Tecnología de Illinois y del Laboratorio Nacional de Argonne describieron otro enfoque en la revista Science en 2023. Su diseño de litio-aire de estado sólido completó al menos 1.000 ciclos a temperatura ambiente. Utilizó una reacción que forma óxido de litio, en lugar del peróxido de litio del diseño más conocido.

Algunas descripciones sitúan en 2025 un resultado de Argonne y el Instituto de Tecnología de Illinois y presentan 1.200 Wh/kg como el rendimiento alcanzado por un prototipo. El estudio de Science de 2023 describió esa cifra como un potencial teórico. El resultado demostrado fue el rendimiento en ciclos de la arquitectura experimental.

Por tanto, las cifras de laboratorio atribuidas a CATL, el resultado de la celda tipo bolsa y el experimento estadounidense de estado sólido responden a preguntas distintas. En conjunto, muestran que los investigadores buscan almacenar más energía con menos peso y, al mismo tiempo, resolver el problema independiente de mantener una batería en funcionamiento tras cargas repetidas.

Una historia de investigación que se remonta a 2009

El interés de la industria automotriz por las baterías de litio-aire es muy anterior a las últimas declaraciones de CATL. La historia de la investigación incluye ambiciosos objetivos para vehículos, experimentos con electrolitos sólidos y estudios detallados de las reacciones dentro de los electrodos.

• 2009: IBM puso en marcha su proyecto Battery 500, con el objetivo de desarrollar una batería para vehículos eléctricos capaz de recorrer 500 millas, unos 805 km, por carga.
• 2023: Investigadores del Instituto de Tecnología de Illinois y de Argonne publicaron en Science su estudio sobre una batería de litio-aire de estado sólido e informaron de al menos 1.000 ciclos a temperatura ambiente.
• 2024: Un estudio publicado en Advanced Energy Materials informó de una celda tipo bolsa de litio-aire con 757,5 Wh/kg y 241 ciclos en condiciones de laboratorio especificadas.
• 2025: Investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China estudiaron el transporte de oxígeno y las vías de reacción en electrodos gruesos.
• 2026: Wu señaló las baterías de litio-aire como una línea de investigación de largo plazo para CATL en el Foro sobre Potencia Industrial.

El programa de IBM no dio lugar a una batería automotriz disponible comercialmente. Los estudios posteriores se han centrado en obstáculos específicos de la química, como la estabilidad del electrolito, el suministro de oxígeno y la formación de productos sólidos de reacción.

El suministro de aire pasa a formar parte de la batería

El aire exterior contiene vapor de agua y dióxido de carbono, además de oxígeno. La humedad puede reaccionar con el litio metálico, mientras que el dióxido de carbono puede producir carbonato de litio. Las reacciones no deseadas consumen materiales útiles y dejan depósitos que reducen el rendimiento.

Por eso, un sistema práctico de litio-aire necesitaría una entrada de aire controlada, filtración y gestión de la humedad. Según el diseño, también podría requerir bombas, ventiladores u otros equipos para hacer circular los gases por la batería. Esos componentes ocupan espacio y consumen parte de la electricidad que produce la batería.

Un estudio de 2023 publicado en el Journal of Energy Storage estimó que los equipos auxiliares consumirían el 5,4% de la potencia de la batería en la configuración de vehículo propuesta. Con una potencia de salida de 100 unidades, 5,4 se destinarían al sistema auxiliar. La estimación corresponde a ese diseño propuesto; otras configuraciones tendrían necesidades diferentes.

Dentro del electrodo positivo, el peróxido de litio puede llenar gradualmente los poros necesarios para que circule el oxígeno. El proceso se parece a una esponja porosa que se va llenando de material sólido: cuanto menos espacio libre queda, menos vías tiene el oxígeno y menos espacio hay para que se formen otros productos de reacción.

El profesor Peng Tan y sus colegas de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China han estudiado cómo afecta el transporte de oxígeno a las reacciones dentro de electrodos gruesos. Su trabajo de 2025 analizó cómo la resistencia al movimiento de los materiales cambia las vías de reacción en distintas zonas. Otros trabajos descritos en la cobertura de las investigaciones estudiaron cómo ajustar la concentración de iones de litio puede mejorar la capacidad de descarga al cambiar el lugar donde se forma el peróxido de litio.

La recarga debe restaurar la química una y otra vez

Para cargar la batería es necesario retirar los productos de la descarga del electrodo positivo y reconstruir el electrodo negativo de litio. Las reacciones secundarias pueden dañar el electrolito y otros componentes, lo que reduce gradualmente la cantidad de energía que la celda puede almacenar.

El litio metálico plantea otra dificultad. Su deposición repetida durante la carga puede formar estructuras irregulares, entre ellas crecimientos en forma de aguja llamados dendritas. Si estos atraviesan el separador entre los electrodos, pueden provocar un cortocircuito. Los investigadores deben controlar este proceso y, a la vez, mantener velocidades de carga y capacidades útiles.

La eficiencia energética también influye en el uso diario. La eficiencia de ciclo completo es la proporción de la electricidad que se introduce en una batería y que después puede recuperarse. Se ha descrito que algunos diseños de litio-aire funcionan por debajo del 70%, frente a más del 95% en las baterías de iones de litio. Las cifras varían según el diseño y las condiciones, pero ayudan a explicar por qué almacenar más energía por kilogramo es solo una parte del reto de ingeniería.

Con una eficiencia del 70%, recuperar 70 unidades de energía eléctrica requiere introducir 100. La energía que se pierde durante la carga y la descarga puede convertirse en calor, lo que aumenta las necesidades de refrigeración y el consumo de electricidad. Mejorar la reversibilidad ayudaría, por tanto, a la durabilidad, los costos de carga y el control de la temperatura al mismo tiempo.

Qué necesitaría un automóvil con 2.000 km de autonomía

La autonomía de un vehículo depende de la energía utilizable de la batería y de la electricidad que consume por kilómetro. El peso de la batería importa, pero también influyen el tamaño del vehículo, la velocidad, la aerodinámica, la temperatura y la energía que consumen los sistemas de refrigeración, calefacción y gestión del aire.

La energía específica describe la cantidad de energía almacenada por kilogramo. La densidad energética volumétrica describe la energía almacenada en un espacio determinado. La potencia indica la rapidez con la que la batería puede suministrar electricidad. Un automóvil necesita niveles suficientes de las tres para alojar la batería, recorrer una distancia útil y proporcionar aceleración o potencia sostenida durante la marcha.

Una celda de litio-aire podría ofrecer una ventaja en peso y, al mismo tiempo, necesitar espacio adicional para los canales de gas y los equipos de tratamiento. Los ingenieros también deben mantener el flujo de oxígeno cuando aumenta la demanda de electricidad. Por eso, una proyección de autonomía requiere definir un vehículo y un diseño completo de batería, además de realizar una prueba de conducción, antes de que los compradores puedan compararla con los automóviles actuales.

El intercambio de baterías cambiaría la forma de cargarlas, mantenerlas y trasladarlas entre vehículos. Seguiría siendo necesario resolver los problemas químicos de fondo para recuperar la capacidad perdida por la degradación del electrolito o los depósitos irreversibles. Una flota de baterías intercambiables también tendría que asumir esos mismos costos de durabilidad.

El lugar que ocupa la tecnología en los planes de CATL

Las prioridades más inmediatas de CATL son las baterías de iones de sodio y las de estado sólido. Según las informaciones sobre las declaraciones de Wu en 2026, la producción a gran escala de baterías de iones de sodio podría comenzar durante ese año y las primeras series pequeñas de baterías de estado sólido podrían fabricarse en 2027. La investigación sobre litio-aire, en cambio, se sitúa a más de diez años vista.

Estado sólido y litio-aire describen aspectos distintos de una batería. Estado sólido se refiere al electrolito. Litio-aire se refiere a la reacción en la que intervienen el litio y el oxígeno. Los investigadores pueden combinar ambas características, como hicieron en el experimento de Argonne y el Instituto de Tecnología de Illinois con un electrolito sólido compuesto que contiene nanopartículas con base de litio en un polímero.

También se han señalado como posibles aplicaciones los vehículos pesados y el almacenamiento de electricidad solar y eólica. Cada uso exigiría un equilibrio distinto entre peso, espacio, eficiencia, costo y vida útil. Las aplicaciones pequeñas en entornos especializados podrían llegar antes que la adopción masiva en automóviles de pasajeros, aunque las previsiones de cinco a diez años siguen siendo estimaciones.

Para los conductores, el avance concreto es que un importante fabricante de baterías orienta su investigación de largo plazo hacia una química con un potencial considerable para reducir el peso del almacenamiento. El trabajo se centra ahora en lograr que el suministro de oxígeno, la eficiencia de carga y la estabilidad de los materiales funcionen conjuntamente en un sistema completo.

Puntos clave

• Wu Kai, científico jefe de CATL, señaló las baterías de litio-aire como una línea de investigación de largo plazo en un foro celebrado en Pekín en 2026.
• La autonomía proyectada de 2.000 km se basa en el potencial de almacenamiento energético, no en pruebas con un vehículo de producción.
• Las cifras teóricas de 3.505 y casi 12.000 Wh/kg se basan en distintos supuestos sobre si se contabiliza la masa del oxígeno.
• Estudios de laboratorio han demostrado avances en energía específica y número de ciclos con distintos diseños y condiciones de prueba.
• La filtración del aire, los depósitos en los electrodos, la estabilidad del litio y las pérdidas de energía siguen siendo importantes retos de ingeniería.
• CATL no ha anunciado una fecha de lanzamiento comercial para una batería de litio-aire destinada a vehículos.