Las dendritas acaban con las baterías, pero ya se sabe cómo acabar con ellas

Las baterías de iones de litio podrían dejar paso a las de sal.

Gustavo López Sirvent

La clave está en la tensión mecánica dentro del dispositivo

Las baterías de litio de los coches eléctricos tienen 'cables' en los que la ciencia se topa por mor del propio funcionamiento de la misma. En este caso, la traba se llama dendritas, que dificulta el buen funcionamiento de la pila.

¿Y qué son las dendritas? Son filamentos metálicos muy delgados, como tentáculos, que se desarrollan en el electrodo de una batería de litio a medida que cumple ciclos de carga y descarga. Serpentean hasta colarse en el electrolito y causan problemas como cortocircuitos, calentamientos e incluso incendios.

Pero en la actualidad, una nueva investigación asegura que ha descubierto la raíz del problema y demostrado cómo anular esa degradación: el uso inteligente de la tensión mecánica. El Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT por las iniciales de su nombre en inglés, Massachusetts Institute of Technology) ha sido el que se cree que ha dado con la tecla.

Un hecho con el que no contaban los científicos hizo que se detuviesen a analizar dicha sorpresa. Como en una batería típica, los iones de litio se transportan entre dos electrodos a medida que el dispositivo se carga y descarga, pasándolos a través del electrolito sólido. 

De nada sirvió que estuviera fabricado con materiales duros porque el litio suave pudo alcanzarlo a medida que los iones se movían entre los electrodos a ambos lados. El motivo fue que los cambios en el volumen de los electrodos a medida que aceptan y depositan litio puede provocar un estrés mecánico problemático.

Según los expertos, esas fisuras fueron las que permitieron que se formasen las dendritas. Para poder estudiar este proceso utilizaron un material de electrolito experimental diseñado para ser transparente. 

Las dendritas crecen dentro de los materiales opacos de una celda de batería, que es una de las razones por las que existen ideas contradictorias sobre qué las causa y cómo atajarlas. Al poder observar directamente el fenómeno, los científicos pudieron idear nuevas formas de evitar que provoquen daños.

Dentro de los análisis realizados, los investigadores vieron la posibilidad de aplicar tensión mecánica para dirigir el crecimiento de las dendritas, haciéndolas zigzaguear perfectamente en línea con la dirección de la presión. 

A pesar de que no se pudo evitar que se formaran por completo, el paso que se ha dado quiere decir que podrían dirigirse por el electrodo, en lugar de salir perpendicularmente a él causando graves problemas en el electrolito.

Los científicos estadounidenses utilizaron la presión mecánica para doblar el material y pensaron algunas formas de lograr este efecto en una batería real. El dispositivo podría incorporar materiales con diferentes propiedades de expansión térmica para inducir la flexión y, a su vez, el estrés mecánico. 

De igual manera, se podrían engañar a los materiales con átomos que provoquen distorsiones. Es de capital relevancia subrayar que las presiones requeridas para controlar el crecimiento de las dendritas son muy alcanzables, alrededor de 150 a 200 megapascales, lo que, según el colectivo de científicos podría llevarse a cabo.

Puestos a elucubrar, si se diera el caso de crear una batería que supere el problema de la formación de las dendritas haciendo que crezcan a través de los electrodos sin causar daño, se podrían desbloquear arquitecturas muy esperanzadoras para el mañana, como las baterías de metal de litio de estado sólido. 

Si se usase el metal de litio puro como uno de los ánodos sustituyendo al grafito y el cobre, se podrían conseguir densidades de energía que multipliquen varias veces la de las baterías actuales. Asimismo, serían más ligeras y seguras, ya que no utilizarían electrolitos líquidos inflamables.

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