Investigación aporta una herramienta predictiva para diseñar óxidos metálicos capaces de conducir protones a menor temperatura, con aplicaciones en energía limpia y computación.
Un equipo de investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) logró un avance relevante en la comprensión del movimiento de protones dentro de óxidos metálicos, al desarrollar un nuevo modelo físico que permite predecir con mayor precisión la movilidad protónica en estos materiales. El hallazgo podría acelerar el desarrollo de tecnologías energéticas más seguras, eficientes y menos dependientes del litio, hoy ampliamente utilizado en baterías y sistemas de almacenamiento.
La investigación surge en un contexto marcado por el encarecimiento del litio y por crecientes preocupaciones ambientales y de seguridad asociadas a su extracción y uso. Frente a este escenario, los protones —núcleos de hidrógeno sin electrones— aparecen como una alternativa atractiva para actuar como portadores de carga en tecnologías como pilas de combustible, electrólizadores y sistemas avanzados de computación. Sin embargo, hasta ahora su aplicación práctica se ha visto limitada, ya que la conducción protónica en óxidos metálicos solo es viable a temperaturas superiores a los 400 °C.
El nuevo modelo desarrollado por el MIT busca precisamente superar esta barrera. Liderado por la profesora Bilge Yildiz, del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales, el equipo identificó que la flexibilidad de la subred de iones de oxígeno dentro del material es un factor clave para facilitar el desplazamiento de protones. Esta observación fue cuantificada mediante una métrica denominada “fluctuación O…O”, que mide las variaciones en la distancia entre iones de oxígeno producto de vibraciones colectivas del cristal, conocidas como fonones.
Claves del transporte protónico
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A diferencia de otros iones, los protones no transportan electrones propios, por lo que se desplazan “saltando” entre nubes electrónicas de iones cercanos. En los óxidos metálicos, el protón se une covalentemente a un ion de oxígeno y, para avanzar, utiliza un enlace de hidrógeno con otro ion vecino. Durante este proceso, la rotación del enlace impide que el protón regrese a su posición original, favoreciendo la conducción.
Sobre esta base, el equipo del MIT construyó un conjunto de datos con siete características estructurales y dinámicas que influyen en este mecanismo, y entrenó un modelo de inteligencia artificial para evaluar cómo distintos materiales responderían a la presencia de protones. El resultado fue concluyente: la longitud del enlace de hidrógeno y la flexibilidad de la subred de oxígeno son los factores más determinantes. En términos simples, enlaces más cortos y estructuras más flexibles favorecen una mejor conducción protónica.
La movilidad de protones en óxidos metálicos depende críticamente de la flexibilidad estructural del oxígeno y de la geometría de los enlaces de hidrógeno.
Proyección tecnológica
Más allá del valor teórico, los investigadores destacan que el modelo puede utilizarse para filtrar grandes bases de datos de materiales —como las desarrolladas por empresas tecnológicas globales— e incluso para diseñar nuevos compuestos mediante inteligencia artificial generativa. De concretarse, este avance permitiría mejorar la eficiencia energética de sistemas de conversión limpia, reducir costos y abrir nuevas posibilidades en computación de bajo consumo inspirada en el funcionamiento del cerebro humano.
