💡 Resumen (TL;DR):
- Un equipo internacional midió por primera vez las propiedades mecánicas reales de las dendritas de litio.
- Las pruebas confirmaron que estas formaciones son fuertes y frágiles, contradiciendo la creencia de que eran blandas.
- El descubrimiento permitirá diseñar mejores capas protectoras para evitar cortocircuitos en hardware de alta energía.
Un equipo internacional de investigadores descubrió el 12 de marzo, a través de una publicación en la revista Science, que las formaciones que arruinan las baterías son en realidad rígidas y frágiles. Este hallazgo derriba décadas de suposiciones científicas y abre el camino para fabricar componentes mucho más seguros.
Las dendritas de litio son unas estructuras metálicas microscópicas en forma de espina que crecen dentro de las baterías de iones de litio y que pueden desencadenar cortocircuitos peligrosos.
Para llegar a esta conclusión, científicos de la Universidad Rice, Georgia Tech, la Universidad de Houston, el NJIT y el Instituto de Computación de Alto Rendimiento de Singapur extrajeron dendritas de baterías en funcionamiento.
Luego, el equipo evaluó la resistencia de estas formaciones utilizando microscopía electrónica de alta resolución dentro de cámaras herméticas hechas a medida.
El fin de la teoría de la plastilina
El litio en masa es un material naturalmente suave y maleable. Por ello, la comunidad científica asumía que las dendritas, que miden apenas cientos de nanómetros de ancho, compartían esa misma cualidad. Las pruebas demostraron exactamente lo contrario.
“Durante mucho tiempo se ha asumido que las dendritas de litio son blandas y dúctiles, como la plastilina. Pero nuestras observaciones sugieren que en realidad pueden ser fuertes y frágiles, rompiéndose más bien como un espagueti seco”, detalló Xing Liu, profesor asistente en el NJIT y coautor principal.
El origen de esta rigidez radica en la interfase de electrolito sólido (SEI, por sus siglas en inglés). Esta fina capa envuelve cada dendrita durante su formación, bloqueando el núcleo de litio y provocando que se fracture bajo presión en lugar de doblarse.
Estas estructuras rígidas en forma de aguja perforan el separador de la batería y provocan cortocircuitos. Al mismo tiempo, los fragmentos rotos se acumulan como litio muerto, drenando gradualmente la capacidad del componente.
El futuro del almacenamiento energético
“A pesar de décadas de estudio, las propiedades nanomecánicas fundamentales de las dendritas de litio seguían siendo un misterio, hasta ahora”, indicó Qing Ai, coautor principal y exinvestigador científico de la Universidad Rice.
El equipo de la Universidad de Houston, liderado por el profesor Yan Yao, confirmó que este comportamiento frágil se mantiene tanto en sistemas de electrolitos líquidos como sólidos, capturando en video cómo las dendritas se rompían en tiempo real.
El hallazgo permitirá a los ingenieros diseñar dendritas menos propensas a fracturas catastróficas. Una opción inmediata es la implementación de ánodos de aleación de litio que modifiquen la manera en que se forma la capa SEI.
“Este trabajo proporciona una posible explicación de por qué ciertas capas protectoras no logran detener el crecimiento de las dendritas de litio”, explicó Liu. “Es un marco mecánico útil que podría ayudar a la comunidad investigadora a desarrollar estrategias más efectivas para mejorar la seguridad y confiabilidad de los sistemas de almacenamiento de alta energía, incluidos los de los vehículos eléctricos y las redes de energía renovable”.
