El metal de litio es uno de los candidatos más prometedores para los ánodos de batería de próxima generación debido a su capacidad específica excepcionalmente alta. Sin embargo, su uso generalizado se ve obstaculizado por un obstáculo desafiante:en múltiples ciclos de carga-descarga, Los filamentos fractales llamados dendritas pueden crecer a través del electrolito desde el electrodo negativo al positivo y provocar un cortocircuito en la batería desde el interior. planteando así un importante problema de seguridad.

En un artículo publicado en Materiales de la naturaleza , Venkat Viswanathan, profesor asociado en el Departamento de Ingeniería Mecánica de Carnegie Mellon, y sus coautores abordaron este problema al investigar cómo un conductor de iones sólidos (SIC), un componente que se puede usar como separador entre el ánodo y el electrolito, puede prevenir las dendritas.

Primero idearon un modelo teórico para establecer las reglas de diseño que los SIC deben obedecer para lograr la estabilidad del ciclo de electrodeposición. De este modelo, aprendieron que esta estabilidad depende principalmente de dos propiedades del SIC:su módulo de corte, una medida de rigidez, y el volumen ocupado por un ion de litio a medida que se mueve a través del SIC.

Los materiales con bajo módulo de cizallamiento y pequeño volumen de litio suprimen las dendritas, mientras que los materiales con alto módulo y gran volumen de litio los bloquean. Esto da lugar a dos regiones de estabilidad:una supresora de dendrita, y un bloqueo de dendrita. Si bien el régimen de bloqueo de dendrita ya era bien conocido y estudiado en el campo de la electroquímica, el dominio de supresión de dendrita aún no se había explorado.

Al ver el vasto océano de oportunidades para los avances científicos dentro de esta región de estabilidad previamente no reconocida, a través de la colaboración con el grupo de Brett Helms en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (LBNL), el equipo diseñó un SIC compuesto a base de polímero diseñado específicamente para probar este régimen de supresión de dendrita y validar su hipótesis.

Usando una variedad de técnicas tanto computacionales como experimentales, demostraron que este nuevo material, accediendo a un dominio de estabilidad previamente desconocido, De hecho, puede sortear el obstáculo de la dendrita que acecha al uso del metal de litio como ánodo de alta capacidad.

Su trabajo puede servir como un trampolín para un mayor progreso hacia las baterías de próxima generación, necesario para impulsar nuevas y emocionantes tecnologías como los coches voladores.

El papel, titulado "Reglas de diseño quimiomecánico universal para conductores de iones sólidos para prevenir la formación de dendrita en baterías de metal de litio, "fue publicado en Materiales de la naturaleza en abril de 2020.