Prevención de cortocircuitos peligrosos en baterías de litio
Los investigadores revelan el sorprendente crecimiento de dendritas destructivas en electrolitos
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Las dendritas se consideran los destructores más peligrosos de las baterías de litio: diminutas estructuras metálicas que pueden provocar cortocircuitos. En el peor de los casos, pueden hacer que las baterías se quemen o exploten. Un equipo de investigadores de la Universidad Técnica de Múnich (TUM) ha descubierto ahora que tales estructuras pueden formarse no sólo en los electrodos, sino también en electrolitos basados en polímeros. Este nuevo hallazgo es crucial para la estabilidad de las futuras baterías de estado sólido.
Las baterías de litio y metal son una de las tecnologías más prometedoras para el almacenamiento de energía. Ofrecen mucha más energía en menos espacio y con menos peso. Sin embargo, un fenómeno frena su desarrollo: unas diminutas estructuras metálicas en forma de aguja llamadas dendritas, compuestas de litio. Pueden crecer sin control dentro de la batería y provocar cortocircuitos devastadores. Hasta ahora, los electrolitos sólidos, incluidos los basados en polímeros, se consideraban una forma de suprimir este crecimiento.
"Los electrolitos se encargan de transportar los iones de litio entre los dos electrodos de una batería, lo que hace posible el flujo de corriente", explica Fabian Apfelbeck. El físico está realizando su doctorado en el grupo de investigación del profesor Peter Müller-Buschbaum en la Cátedra de Materiales Funcionales de la TUM y está financiado por el Cluster de Excelencia e-conversión.
Los electrolitos basados en polímeros ofrecen mayor estabilidad y seguridad que los electrolitos líquidos, porque no pueden tener fugas ni inflamarse. Además, separan de forma fiable los electrodos entre sí y evitan así cortocircuitos. "Sin embargo, nuestras mediciones demuestran que el crecimiento de dendritas también puede producirse directamente dentro del electrolito polimérico, justo en el material que en realidad se supone que protege contra las dendritas", afirma Fabian Apfelbeck, primer autor del estudio publicado en Nature Communications.
Un nanoenfoque para observar el interior de la batería
Los hallazgos, por tanto, cuestionan un supuesto central en la investigación sobre baterías. Así lo explica el profesor Peter Müller-Buschbaum: "Hasta ahora se suponía que el crecimiento de dendritas se producía sólo en la interfaz entre el electrodo y el electrolito. El hecho de que también aparezca lejos de esa interfaz nos sorprendió. Este nuevo conocimiento nos ayuda a desarrollar -y seguir mejorando- materiales en los que no se produzcan esos procesos de cristalización interna, lo que permite un almacenamiento de energía más eficiente, seguro y duradero."
Los investigadores utilizaron un método especialmente preciso para sus investigaciones: los llamados experimentos de dispersión de rayos X de ángulo amplio con nanoenfoque, llevados a cabo en el Sincrotrón Alemán de Electrones DESY de Hamburgo. Utilizando un haz de rayos X con un diámetro de sólo 350 nanómetros, pudieron visualizar por primera vez los cambios microscópicos en el interior de un electrolito polimérico durante el funcionamiento de una batería. Para ello, utilizaron una célula en miniatura especialmente desarrollada que permite observar la batería en condiciones reales de funcionamiento.
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Publicación original
Fabian A. C. Apfelbeck, Gilles E. Wittmann, Morgan P. Le Dû, Lyuyang Cheng, Yuxin Liang, Yingying Yan, Anton Davydok, Christina Krywka, Peter Müller-Buschbaum; "Local crystallization inside the polymer electrolyte for lithium metal batteries observed by operando nanofocus WAXS"; Nature Communications, Volume 16, 2025-10-8
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