Romper el problema de las dendritas de la batería de litio recargable abre la puerta al diseño de una nueva batería de estado sólido
Investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts explicaron la formación de dendritas en las baterías de litio recargables y cómo evitar que atraviesen el electrolito. Este descubrimiento puede abrir finalmente la puerta al diseño de una nueva batería de litio recargable, más ligera, compacta y segura que la versión actual.
Hasta el momento, el uso comercial de baterías recargables de metal litio es limitado, una de las cuales es la dendrita. Las dendritas pueden acumularse en la superficie de litio, penetrar en el electrolito sólido y finalmente cruzar de un electrodo a otro, provocando un cortocircuito en la batería.
La investigación inicial del MIT descubrió que los materiales de electrolitos sólidos de iones de litio se desplazan de un lado a otro durante la carga y descarga de la batería, lo que conducirá al cambio del volumen del electrodo. Esto inevitablemente causará tensión en el electrolito sólido, que debe mantener un contacto completo con los dos electrodos intercalados en el medio."Para depositar este metal, es necesario expandir el volumen, porque la nueva masa va aumentando. Por lo tanto, el volumen del lado de la batería de litio ha aumentado. Incluso si hay pequeños defectos, producirán presión sobre estos defectos, lo que provocará grietas."
El equipo de investigación ahora descubre que estas presiones pueden provocar grietas, que forman dendritas. Los hechos han demostrado que la solución al problema es ejercer presión en la dirección correcta y con la fuerza apropiada.
Anteriormente, algunos investigadores creían que las dendritas se formaban por procesos electroquímicos puros en lugar de procesos mecánicos, pero los experimentos del equipo demostraron que el problema era causado por estrés mecánico.
El proceso de formación de las dendritas celulares suele tener lugar en la profundidad de materiales opacos, que no pueden observarse directamente. Por lo tanto, los investigadores han desarrollado un método para fabricar células delgadas utilizando electrolitos transparentes, que pueden ver y registrar directamente todo el proceso.
El equipo demostró que pueden controlar directamente el crecimiento de las dendritas aplicando y liberando presión, de modo que la dirección de las dendritas y la fuerza sean completamente consistentes. El estrés mecánico sobre el electrolito sólido no puede eliminar la formación de dendritas, pero puede controlar su dirección de crecimiento. Esto significa que se pueden guiar paralelos a los dos electrodos y evitar que pasen por el otro lado, por lo que se vuelven inofensivos.
Otro método es"droga"e incrustar átomos en el material para hacerlo deformado y en un estado de estrés permanente. Los experimentos muestran que la presión de 150 a 200 MPa es suficiente para evitar que las dendritas atraviesen el electrolito.
Anteriormente, se creía que las estructuras multicapa tipo sándwich podían prevenir la formación de estructuras dendríticas. Sin embargo, nuevos experimentos han demostrado que la extrusión de materiales perpendiculares a la dirección de la placa de la batería en realidad agravará la formación de estructuras dendríticas. En cambio, debería haber presión a lo largo del plano, como si estuviera apretando desde el costado del sándwich.
