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Las baterías de estado sólido son el futuro de la automoción electrificada, así como de otros sectores en los que el almacenaje de energía es vital. Y el prestigioso Massachusetts Institute of Technology afirma haber solventado un importante obstáculo.

La industria del automóvil trabaja incansablemente en la transición al coche eléctrico, para lo cual debe mejorar la tecnología existente en la actualidad. La batería es posiblemente el componente con mayor margen de mejora, pues las celdas de iones de litio convencionales cuentan aún con muchas limitaciones. Los fabricantes tienen la esperanza de dar un gran paso adelante con la introducción de las baterías de estado sólido, que prometen más rendimiento, seguridad y fiabilidad.

El descubrimiento de los ingenieros del MIT

Según afirma una publicación del prestigioso Instituto de Tecnología de Massachusetts , uno de esos complejos retos puede estar ya solventado. Se trata de la influencia negativa que tiene la formación de dendritas en las baterías, en este caso de estado sólido.

Las baterías de estado sólido permiten soñar con baterías de litio recargables más livianas, compactas y seguras. Esto es gracias a la sustitución del electrolito líquido situado entre los electrodos positivo y negativo por una capa más delgada y ligera de material cerámico sólido. Sin embargo, esto plantea el problema de la formación de dendritas, pequeños filamentos de metal que pueden acumularse en la superficie del litio y penetrar en el electrolito sólido, cruzando hacia el otro electrodo y provocando un cortocircuito.

Controlar el crecimiento de las dendritas

En concreto, el descubrimiento de estos científicos consiste en encontrar la manera de hacer que estas dendritas no atraviesen el electrolito, minimizando sus efectos nocivos.

«El material de electrolito sólido y duro utilizado para una batería de estado 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.

Este vaivén 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.

Cómo crear dendritas a voluntad

Las dendritas se forman en lo más profundo de los materiales opacos de las celdas de las baterías, 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. La presión requerida es «conmensurable con las tensiones que comúnmente se inducen en los procesos comerciales de crecimiento de películas y muchos otros procesos de fabricación, por lo que no debería ser difícil de implementar en la práctica», agrega Fincher.