De las muchas tipologías que se barajan para mejorar el rendimiento de las baterías de iones de litio, las de metal de litio son una solución que ofrece un gran potencial. Sin embargo, la formación de dendritas entre sus electrodos es un problema que frena el desarrollo de esta tecnología ya que son las causantes de los cortocircuitos que las arruinan. Los científicos de la Universidad de Rice han presentado una solución a este problema empleando un polvo fino que se puede cepillar sobre las superficies de los electrodos para garantizar su supervivencia.
En una batería de metal de litio el grafito utilizado para formar la arquitectura del ánodo, uno de los dos electrodos de una batería de litio, se reemplaza por metal de litio puro. Este material ofrece una densidad de energía muy alta y permite que las baterías se carguen mucho más rápido y ofrezcan hasta 10 veces más capacidad.
Sin embargo, hasta ahora ha resultado difícil lograr que funcionen de manera fiable durante largos períodos de tiempo. A medida que la batería se somete a ciclos de carga y descarga, comienzan a formarse las dendritas en el ánodo lo que puede provocar un cortocircuito, con el consecuente fallo de la batería e incluso el peligro de incendio. En los últimos años se han mostrado algunas soluciones potenciales interesantes para este problema. Los científicos de la Universidad de Rice en Houston, California, han sido los responsables de algunas de ellas. Las películas de nanotubos, las cintas adhesivas y los tratamientos con láser, como algunos de los ejemplos de sus investigaciones recientes.
En su último trabajo, el equipo de científicos dirigidos por el químico James Tour ha buscado solucionar este problema con un novedoso tratamiento sobre los electrodos. La técnica comienza con el cepillado del ánodo para crear una superficie texturizada. Posteriormente se realiza el mismo proceso de cepillado sobre él de un polvo hecho de fósforo y azufre. El polvo reacciona con el ánodo de metal litio para formar una fina película protectora que altera su energía superficial.
"Este proceso proporciona una superficie compuesta de metal que evita la pérdida de metal de litio del ánodo, un problema común en las baterías de metal de litio", explica Tour. "Las baterías de metal de litio superan con creces la capacidad de las baterías de iones de litio tradicionales, pero el metal de litio suele ser difícil de recargar repetidamente".
El efecto de esta película es ajustar la superficie del ánodo para lograr un comportamiento más uniforme durante el ciclado de carga y descarga, lo que aumenta la longevidad de la batería. En el laboratorio esta técnica se puso a prueba en celdas prototipo a lo largo de 340 ciclos de carga. El resultado es que retenían un 70 % más de capacidad que las baterías estándar. La película también se comportó bien con respecto a otra métrica clave de la degradación de la batería, conservando la polarización ultrabaja durante más de 4.000 horas, alrededor de ocho veces más que los ánodos sin esta película.
"Este proceso simplificaría la fabricación de baterías de alta capacidad mejorándolas enormemente", afirma Tour. "Lijar estos sólidos en polvo en un ánodo de metal de litio reduce drásticamente la formación de dendritas que pueden provocar un cortocircuito en una batería, así como el consumo acelerado de los materiales".
