Se habla de ellas como las baterías de última generación: las baterías de estado sólido prometen mayor capacidad de almacenamiento, mayor seguridad y, en teoría, una vida útil más prolongada. Esto podría ayudar a que los vehículos eléctricos alcancen una autonomía significativamente mayor que los modelos actuales.
A diferencia de las baterías de iones de litio, ampliamente utilizadas hoy en día, que emplean un electrolito líquido entre dos electrodos sólidos, las baterías de estado sólido utilizan un electrolito sólido. Este diseño puede aumentar la capacidad de almacenamiento, mejorar la seguridad y, en teoría, prolongar la vida útil de la batería.
Sin embargo, un desafío importante aún limita su uso comercial. Durante la carga, se forman intrusiones microscópicas conocidas como dendritas. Estas diminutas estructuras ramificadas crecen desde el electrodo de litio metálico, se propagan a través del electrolito sólido y finalmente provocan cortocircuitos dentro de la batería.
Un equipo interdisciplinario del Instituto Max Planck de Materiales Sostenibles ha descubierto cómo las dendritas inducen fracturas, lo que provoca cortocircuitos. Publicaron sus resultados en la revista Nature.
Metal blando en un electrolito cerámico sólido
La formación de dendritas en baterías de estado sólido es un fenómeno contraintuitivo. "Aunque los electrodos y las dendritas en formación están compuestos de litio metálico, que es blando como una gominola, las dendritas pueden penetrar el electrolito cerámico y provocar un cortocircuito», explica Yuwei Zhang, jefe del grupo Quimiomecánica de Materiales para Baterías del Instituto Max Planck de Materiales Sostenibles. ¿
Cómo pueden las dendritas blandas fracturar la cerámica sólida y rígida? Existen dos hipótesis: o bien se acumula presión dentro de las dendritas, que crecen en grietas preexistentes, e induce la fractura mecánica del electrolito sólido; o bien, los electrones se filtran entre los diminutos cristalitos que componen el electrolito sólido, promoviendo la formación de núcleos de litio en estos límites de grano, que posteriormente se interconectan.
Para comprobar cualquiera de las dos hipótesis, los investigadores utilizaron un sistema avanzado de preparación de muestras y técnicas de caracterización de materiales, caracterizadas completamente al vacío y a temperaturas criogénicas para excluir cualquier influencia del oxígeno, el agua o el haz de electrones de los microscopios.
El análisis experimental, complementado por el equipo de Max Planck con cálculos, demostró que el litio metálico blando puede propagarse a través del electrolito cerámico rígido de forma similar a como el agua penetra en las grietas de una roca, creando nuevas fracturas. El equipo calculó que la presión del litio en una dendrita, que se encuentra dentro de una grieta existente, provoca finalmente la fractura frágil del electrolito sólido.
Por otro lado, el equipo no encontró pruebas que respalden la hipótesis de que los núcleos de litio se forman en los límites de grano y luego se fusionan. Observaron que, en condiciones reales de funcionamiento de la batería, no se produjo un enriquecimiento de litio delante de la punta de la dendrita.
Posibles maneras de prevenir o retrasar el agrietamiento inducido por dendritas
El equipo del Instituto Max Planck investiga cómo las dendritas de litio penetran el electrolito sólido al inicio de su formación, antes de que, por así decirlo, lo atraviesen por completo. Además, los investigadores exploran cómo prevenir la propagación de las dendritas. Entre las posibles estrategias se incluyen aumentar la resistencia del electrolito sólido para retrasar la formación de grietas, introducir microcavidades que redirijan el crecimiento de las dendritas y desvíen las grietas, o aplicar recubrimientos protectores a los electrodos de litio para suprimir su formación.
“Nuestros hallazgos ponen de relieve lo crucial que es comprender el comportamiento de los materiales para convertir las tecnologías prometedoras en aplicaciones prácticas y reales”, afirma Yuwei Zhang.
galan
11/07/2026