Esta investigación del MIT permitirá desarrollar baterías más pequeñas, ligeras y seguras

La carrera por lograr desarrollar las baterías que revolucionen el sector del transporte ha encontrado en las baterías con electrolito sólido una de sus grandes esperanzas. Una tecnología que ofrecerá mayor seguridad, densidad energética y durabilidad. Ahora un equipo del Instituto de Tecnológico de Massachusetts ha logrado encontrar solución a uno de los principales frenos de esta tecnología.

Según las últimas publicaciones del MIT, uno de sus equipos ha logrado atajar el problema de la formación de dendritas en sus celdas de electrolito sólido. Unas estructuras similares a agujas que se forman entre los electrodos y que pueden causar un cortocircuito en las baterías y reducir su vida útil de forma drástica.

Por el momento, no existe un consenso sobre qué provoca estas dendritas y, por tanto, cómo prevenirlas. Sin embargo, el profesor del MIT Yet-Ming Chiang, el estudiante graduado Cole Fincher y otros cinco estudiantes del MIT y la Universidad de Brown creen haber resuelto el problema.

En concreto, el descubrimiento de estos científicos consiste en encontrar la manera de hacer que estas dendritas no atraviesen el electrolito, minimizando sus efectos negativos sobre la estructura. Unas estructuras que pueden crecer desde el electrodo de litio a través de electrolitos líquidos o sólidos hacia el electrodo positivo.

«El material de electrolito sólido y duro utilizado para una batería con electrolito sólido puede ser penetrado por litio, que es un metal muy blando, durante el proceso de carga y descarga de la batería, ya que los iones de litio se mueven entre los dos lados», explica Chiang.

Esta circulación de iones hace que cambie el volumen de los electrodos. Eso inevitablemente provoca tensiones en el electrolito sólido, que tiene que permanecer completamente en contacto con los dos electrodos entre los que está intercalado. «Para depositar este metal, tiene que haber una expansión del volumen porque estás agregando nueva masa», prosigue Chiang. «Entonces, hay un aumento en el volumen en el lado de la celda donde se deposita el litio. E incluso si se producen defectos microscópicos, esto generará una presión sobre esas defectos que puede causar grietas».

Según el equipo del MIT, son esas grietas las que permiten que se formen las dendritas y la solución al problema pasar por generar aún más tensión, pero aplicada en una dirección y cantidad concretas.

Las dendritas se forman en lo más profundo de los materiales opacos de las celdas de las baterías. Además, son estructuras en forma de aguja de sólo unos pocos cientos de nanómetros de grosor por lo que no es posible observar su creación directamente. Para resolver eso, Fincher creó celdas delgadas con electrolito transparente para ver y registrar el proceso.

Gracias a eso, el equipo ha podido demostrar que es posible manipular el crecimiento de las dendritas mediante la gestión de la presión, y que estas zigzaguean alineadas en función de la dirección en la que se aplica dicha fuerza.

Es decir, la aplicación de tensiones mecánicas al electrolito sólido no elimina la formación de dendritas, pero sí controla la dirección de su crecimiento. Esto significa que se pueden dirigir para que permanezcan paralelas a los dos electrodos y así evitar que crucen al otro lado y, por lo tanto, se vuelvan inofensivas.

Un avance que permitirá solventar uno de los principales problemas de las prometedoras baterías con electrolito sólido que se han posicionado como la próxima generación, y que dependiendo el fabricante podemos hablar de un sistema que quiere llegar al mercado entre 2025 y 2030.

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