Crecimiento inesperado de dendritas en baterías de litio podría causar cortocircuitos

Las baterías de litio-metal se consideran una de las tecnologías más prometedoras para el almacenamiento de energía, ya que ofrecen significativamente más energía en menos espacio y a un menor peso. Sin embargo, un fenómeno que frena su desarrollo son las pequeñas estructuras metálicas en forma de aguja, conocidas como dendritas, que pueden crecer de manera incontrolada dentro de la batería y provocar cortocircuitos devastadores.

Hasta ahora, se había creído que los electrolitos sólidos, incluidos los electrolitos basados en polímeros, eran una solución para suprimir este crecimiento. "Los electrolitos son responsables de transportar iones de litio entre los dos electrodos dentro de una batería, permitiendo el flujo de corriente", explicó Fabian Apfelbeck, físico que realiza su doctorado en el grupo de investigación del Prof. Peter Müller-Buschbaum en la Cátedra de Materiales Funcionales de la Universidad Técnica de Múnich.

Los electrolitos basados en polímeros ofrecen mayor estabilidad y seguridad que los electrolitos líquidos, ya que no pueden filtrarse ni encenderse. Además, separan de manera confiable los electrodos entre sí, evitando así cortocircuitos. Sin embargo, las mediciones realizadas por los investigadores mostraron que el crecimiento de dendritas también puede ocurrir directamente dentro del electrolito polimérico, justo en el material que se supone debe proteger contra las dendritas, como se detalla en un estudio publicado en Nature Communications.

Un enfoque innovador para observar el interior de la batería

Estos hallazgos desafían una suposición central en la investigación de baterías. El Prof. Peter Müller-Buschbaum explicó: "Hasta ahora, se asumía que el crecimiento de dendritas ocurría solo en la interfaz entre el electrodo y el electrolito. El hecho de que también aparezca lejos de esa interfaz nos sorprendió".

"Este nuevo conocimiento nos ayuda a desarrollar y mejorar materiales en los que tales procesos de cristalización interna no ocurran en primer lugar, permitiendo un almacenamiento de energía más eficiente, seguro y duradero".

Los investigadores utilizaron un método particularmente preciso para sus investigaciones: experimentos de dispersión de rayos X de ángulo amplio con enfoque nanométrico, realizados en el sincrotrón alemán DESY en Hamburgo. Utilizando un haz de rayos X con un diámetro de solo 350 nanómetros, pudieron visualizar los cambios microscópicos dentro de un electrolito polimérico durante el funcionamiento de la batería por primera vez. Para ello, emplearon una celda miniaturizada especialmente desarrollada que permite observar la batería en condiciones de operación reales.