Por primera vez, los científicos han observado cómo unas diminutas «espinas» metálicas llamadas dendritas brotan dentro de las baterías de iones de litio, lo que puede provocar cortocircuitos. Sus hallazgos, publicados el 12 de marzo en la revista Science , revelan propiedades mecánicas hasta ahora desconocidas de las dendritas de litio durante su crecimiento.
Los científicos llevan mucho tiempo estudiando las dendritas de litio, pero no comprendían del todo cómo se comportan estas estructuras dentro de las baterías. Las dendritas se forman a nanoescala; su crecimiento es difícil de observar en el sistema cerrado de una batería en funcionamiento, pero se ha relacionado con el deterioro y el fallo de la batería.
El nuevo estudio, una colaboración internacional entre investigadores de universidades de Estados Unidos y Singapur, combinó experimentos y simulaciones para ofrecer una primera visión de cómo cristalizan las dendritas, afirma el coautor principal Xing Liu, profesor asistente de ingeniería mecánica e industrial en el Instituto Tecnológico de Nueva Jersey y director del Laboratorio de Mecánica Computacional y Física de NJIT.
«Este trabajo refleja una estrecha colaboración entre la mecánica experimental y la computacional», y podría ayudar a mejorar la seguridad de las baterías, afirma.
Qing Ai, coautora principal y antigua investigadora científica de la Universidad Rice, añade: «A pesar de décadas de estudio, las propiedades nanomecánicas fundamentales de las dendritas de litio seguían siendo un misterio, hasta ahora».
Plataformas personalizadas
Las dendritas de litio (del latín «ramificación»), que miden aproximadamente 100 veces menos que el grosor de un cabello humano, crecen desde los ánodos, los terminales negativos de las baterías de iones de litio. Las ramificaciones de las dendritas pueden penetrar en el electrolito de la celda de litio; si se extienden desde el ánodo, cargado negativamente, hasta el cátodo, cargado positivamente, pueden provocar un cortocircuito en la batería.
«Las dendritas de litio son ampliamente reconocidas como uno de los mayores obstáculos para la comercialización de las baterías de litio metálico», afirma Liu. «Durante el funcionamiento de la batería, las dendritas de litio pueden formarse, romperse y aislarse eléctricamente del ánodo de litio metálico, creando lo que se conoce como «litio muerto». Este proceso conlleva una pérdida gradual de la capacidad de la batería con el tiempo. Además, las dendritas pueden penetrar el separador y crear un cortocircuito interno entre el ánodo y el cátodo. Tanto la pérdida de capacidad como los riesgos de cortocircuito asociados a las dendritas se observan con frecuencia en estudios de laboratorio».
Además, una vez que se forman las dendritas de litio, es prácticamente imposible eliminarlas de una batería.
«Actualmente, no existe ningún método práctico para ‘eliminar’ las dendritas de una celda de batería en funcionamiento», añade Liu.
