Las baterías de iones de litio (LIB) son un tipo común de baterías recargables. Su naturaleza versátil y numerosas aplicaciones en todo tipo de dispositivos electrónicos, desde teléfonos móviles hasta automóviles, los hace parecer demasiado buenos para ser verdad. Y tal vez lo sean:recientemente, Ha habido un aumento en el número de incidentes relacionados con incendios asociados con LIB, especialmente durante la carga, causando serias preocupaciones sobre su seguridad. Los científicos ahora saben que estos incidentes pueden deberse al uso de un cargador roto o no autorizado. A menudo, El uso inadecuado de estos cargadores y la sobrecarga pueden provocar la formación de estructuras puntiagudas en el electrodo negativo de la batería. llamadas "dendritas de litio (Li), "que penetran a través de la barrera entre los electrodos negativo y positivo y provocan un cortocircuito. Así, observar exactamente cómo se produce la formación de dendrita es crucial para mejorar la seguridad de las LIB.

Científicos de la Universidad de Okayama, dirigido por el profesor asociado Kazuma Gotoh, recientemente dio un paso en esta dirección, en un nuevo estudio publicado en Revista de Química de Materiales A . Profundizaron en encontrar el mecanismo preciso de formación de dendritas en LIB, en un esfuerzo por superar sus limitaciones y facilitar su aplicación práctica. El Dr. Gotoh explica:"Queríamos analizar la formación de dendritas metálicas en baterías secundarias (recargables) y contribuir a mejorar la seguridad de las baterías".

Estudios previos que intentaron comprender el proceso de formación de dendrita de Li tuvieron éxito hasta cierto punto:revelaron que cuando la batería está sobrecargada, La formación de dendrita se produce en la fase de sobrelitización del ciclo de la batería. Pero, Estos experimentos se realizaron ex situ (fuera del entorno electroquímico real), y por lo tanto no se encontró el momento exacto de inicio de la formación de dendritas. En su nuevo estudio, El Dr. Gotoh y su equipo decidieron superar esta limitación. Descubrieron que al aplicar métodos de operando (que replican el entorno electroquímico) a una técnica analítica llamada resonancia magnética nuclear (RMN), pueden rastrear con precisión los átomos de Li en la estructura interna de los materiales, lo cual no es posible cuando se utilizan métodos ex situ.

Usando esta técnica, Previamente, el equipo había logrado observar los estados de sobrecarga de dos tipos de electrodos negativos, electrodos de grafito y de carbón duro, en la fase de sobrelitiación de un LIB. En el nuevo estudio, llevaron esto al siguiente nivel al observar el estado de estos electrodos durante el proceso de litiación y des-litiación (el ciclo de carga y descarga de la batería). Su análisis de RMN les ayudó a rastrear el tiempo de inicio preciso de la formación de dendrita y la deposición de Li en la batería sobrecargada. tanto para los electrodos de grafito como para los de carbono duro. En grafito, encontraron que las dendritas de Li se forman poco después de que ocurra la fase completamente litiada del electrodo. En el electrodo de carbono duro, por el contrario, observaron que las dendritas se forman sólo después de que se producen cúmulos de Li cuasimetálicos en los poros del carbono duro. Por lo tanto, los científicos dedujeron que cuando la batería está sobrecargada, la formación de racimos de Li cuasimetálicos actúa como un amortiguador para la formación de dendritas de Li en electrodos de carbono duro. Incluso aplicaron el mismo análisis a otro tipo de batería recargable, llamada batería de iones de sodio (NIB), y encontró resultados similares. El Dr. Gotoh explica:"Descubrimos que algunos materiales de carbono que tienen poros internos (como el carbono amorfo) tienen un efecto amortiguador para la deposición de dendritas de Li y Na durante la sobrecarga de las baterías. Este conocimiento desempeñará un papel importante para garantizar la seguridad de los LIB y los NIB".

Al revelar las complejidades de los mecanismos de formación de dendrita en LIB y NIB, El Dr. Gotoh y su equipo brindan información útil sobre su seguridad. De hecho, los científicos son optimistas de que sus hallazgos se puedan aplicar a otros tipos de baterías recargables en el futuro. El Dr. Gotoh concluye:"Nuestros hallazgos pueden aplicarse no solo a LIB y NIB, sino también a baterías secundarias de próxima generación, como todas las baterías de estado sólido. Este es un paso importante para facilitar su aplicación práctica".

Con los hallazgos de este nuevo estudio, podemos esperar que posiblemente estemos un paso más cerca de hacer realidad nuestro sueño de recursos energéticos verdaderamente sostenibles.