Las baterías de estado sólido prometen (o prometían) ser la panacea: más densidad energética que las baterías actuales, mayor vida útil, carga mucho más rápida y todo esto, en principio, sin riesgo de incendio. Pero un nuevo hallazgo amenaza con romper una de sus mayores promesas. Y es que un enemigo conocido de las baterías -las dendritas- también aparecen en las de electrolito sólido, un descubrimiento que cambia las reglas del juego.
Las dendritas también aparecen dentro del electrolito sólido
Un equipo de la Universidad Técnica de Múnich (TUM) ha descubierto un fenómeno inesperado que afecta directamente al futuro de las baterías de litio-metal con electrolito sólido. Las dendritas, unas estructuras metálicas microscópicas con forma de aguja que pueden perforar capas internas y provocar cortocircuitos, no solo se forman en la interfaz entre el electrodo y el electrolito -que era lo que daba por hecho prácticamente toda la industria-. Ahora se ha demostrado que también pueden crecer dentro de los electrolitos poliméricos sólidos, justo en el material que debería evitar su aparición.
Los electrolitos poliméricos, fabricados a base de plástico, se encargan de transportar los iones de litio entre ánodo y cátodo, igual que un electrolito líquido, pero con mayor estabilidad y mucha más seguridad: no se inflaman, no gotean y separan los electrodos de forma más fiable y segura. De hecho, son la clave para desarrollar baterías de estado sólido realmente seguras.
La sorpresa llega porque estos electrolitos, que deberían actuar como barrera, también están siendo atravesados por las dendritas, e incluso llegan a generarse en su interior. Según explica el físico Fabian Apfelbeck, autor principal del estudio publicado en Nature, las mediciones muestran que el crecimiento de dendritas puede iniciarse dentro del propio electrolito polimérico, lejos de cualquier interfaz con los electrodos.
Este resultado desafía una de las hipótesis básicas de la investigación en baterías. El profesor Peter Müller-Buschbaum, responsable de la Cátedra de Materiales Funcionales de la TUM, lo resume con claridad: hasta ahora se asumía que las dendritas solo aparecían en la frontera entre materiales. Verlas crecer «en el interior» obliga a replantear todo, desde los compuestos empleados hasta los métodos de ensayo.
Por qué esto importa: las baterías de estado sólido no son infalibles
Las baterías de estado sólido son el siguiente gran salto tecnológico: ofrecen más densidad energética (mucha más autonomía sin aumentar el tamaño) y más seguridad gracias a la desaparición del electrolito líquido inflamable. Pero en la práctica su desarrollo está siendo lento: la estabilidad y durabilidad, pero sobre todo el enorme coste de fabricarlas en serie, siguen siendo problemas pendientes de resolver. Ahora, además, este hallazgo añade un reto adicional.
Para visualizar este comportamiento microscópico, el equipo de científicos utilizó una técnica extremadamente precisa: dispersión de rayos X de gran ángulo con nanofoco en el Sincrotrón Alemán de Electrones DESY, en Hamburgo. Con un haz de apenas 350 nanómetros, pudieron observar por primera vez cómo cambiaba, en tiempo real, el interior del electrolito polimérico durante ciclos de carga y descarga. Para ello, desarrollaron incluso una celda en miniatura capaz de funcionar como una batería real bajo el rayo X.
Los resultados fueron claros: las dendritas no solo aparecen en zonas esperadas, sino también en regiones internas que hasta ahora se consideraban completamente seguras. Y esto tiene una consecuencia directa y preocupante: usar un electrolito sólido no garantiza automáticamente que una batería de estado sólido sea inmune a los cortocircuitos. Por tanto, una batería de estado sólido no tiene un riesgo cero de incendio, como generalmente se suponía. Un descubrimiento que obliga a rediseñar materiales, arquitecturas internas y protocolos de ensayo para evitar cristalizaciones no deseadas en el corazón del electrolito.
Fuente: Universidad Técnica de Múnich
