Las baterías de electrolito sólido podrían almacenar más energía y reducir algunos riesgos de incendio. Sin embargo, su desarrollo sigue limitado por cortocircuitos internos.
Un equipo del MIT y de la Universidad Técnica de Múnich ha identificado el mecanismo que explica este problema y ha encontrado una solución para resolverlo.
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En estas baterías, el electrolito líquido de los modelos clásicos se reemplaza por un material sólido. Este conduce los iones de litio entre los electrodos. También debe impedir el paso directo de electrones para evitar una reacción descontrolada.
El electrolito sólido no está formado por un bloque perfectamente uniforme. Reúne muchos cristales microscópicos, llamados granos. Las zonas donde estos cristales se encuentran forman fronteras particulares, cuyas propiedades difieren de las de los granos.
Los investigadores estudiaron estas fronteras en un electrolito común, compuesto de litio, lantano, circonio y oxígeno. Sus análisis revelaron desequilibrios eléctricos locales. Estas cargas crean campos que ralentizan los iones de litio y favorecen la acumulación de electrones.
En estas condiciones, algunos iones de litio pueden transformarse en litio metálico. Aparecen pequeños depósitos a lo largo de las fronteras entre los cristales. Pueden formar gradualmente estructuras ramificadas, conocidas como dendritas.
Estas dendritas alteran el funcionamiento de la batería y pueden terminar atravesando el electrolito. Establecen entonces una conexión directa entre los electrodos. Este cortocircuito reduce la vida útil de la celda y puede comprometer su seguridad.
Los científicos modificaron luego las condiciones de fabricación del electrolito. Esta intervención redujo las cargas negativas presentes en las fronteras. Los iones circularon más fácilmente, mientras que las fugas de electrones disminuyeron.
El electrolito modificado soportó una densidad de corriente crítica superior en más del 300% a la de una muestra de referencia. Este resultado podría permitir cargas más rápidas y retrasar los cortocircuitos.