Para poner en contexto el tema que nos reúne, bien es sabido que un enemigo feroz de las baterías de iones de litio es la formación en el ánodo (uno de los dos polos de la batería) de unas microscópicas estructuras que van desarrollándose en forma de pelo, aguja o también como pequeñas ramas, con la particularidad que el litio metálico que se desplaza hacia el ánodo, no se va depositando sobre la superficie de forma uniforme durante los procesos de carga y descarga. En líneas generales e ideales, este depósito sobre la superficie debería efectuarse de forma constante y homogénea. Sin embargo, este suceso puede no ocurrir como lo acabo de describir, y las diferentes formaciones (agujas y ramas) se descontrolan y empiezan a desarrollarse y crecer dentro de las celdas propiciando un futuro con consecuencias potenciales que podrían terminar siendo graves.
Este problema que en el tiempo termina siendo un enemigo letal de las baterías de iones de litio, se viene atacando desde hace tiempo por los diferentes fabricantes, logrando progresos algo significativos en el tiempo con el objeto de reducir su formación. La presencia de ellas, afectan directamente la seguridad, ya que atentan directamente contra la vida útil de las baterías, además de generar inconvenientes de desorden interno, como por ejemplo el hecho de perforar los separadores de ambos polos, lo que llevaría a producir un cortocircuito interno. Este suceso provoca un salto brusco de la temperatura de la celda que puede desencadenar una fuga térmica, incendios o hasta incluso explosiones; se imaginarán que el escenario es muy desalentador y hasta crítico para cualquier vehículo eléctrico. Por otro lado, si consideramos la evolución tecnológica que se incorpora en la fabricación de éstas con el correr de los años, las estadísticas muestran que estos eventos se desarrollaron con una tendencia a la baja de probabilidad de ocurrencia, mostrando resultados cada vez más satisfactorios y aislados. Pero los fabricantes apuntan a controlar definitivamente este problema, ya que han descubierto en los laboratorios, que hasta incluso en las baterías de estado sólido han encontrado formaciones similares, pese a que la lámina separadora de ambos polos (por ejemplo, con estructura de cerámica) se termina comportando como una barrera muy potente a perforar. Presentado el problema como tal, considero interesante saber cómo se van produciendo las diferentes dendritas.
Para ello, paso a comentarles brevemente como se desencadena este complejo proceso. Primero se desarrolla una alta densidad de corriente (producto de una carga rápida) que favorece la acumulación en forma localizada de litio. Acá juega un papel muy importante el electrolito, ya que si tiene una baja conductividad iónica o una capa “SEI” (lo que se llama a la interfase sólido-electrolito) que resulta inestable, ambos pueden provocar depósitos irregulares. Si a esto le adicionamos el aporte de temperaturas extremas tanto de calor como de frío, logran alterar la difusión de los iones y la estabilidad química. A todo esto, hay que sumar otros ítems muy importantes, como lo son el diseño del ánodo, las características de la rugosidad con la que cuenta la interfaz y, por último, las estrategias o protocolos empleados a la hora de la carga y descarga de la batería. Me resta decirles, que el desarrollo de la dendrita ocurre en tres etapas: primero se forma la mencionada capa SEI; luego van apareciendo unos pequeños núcleos de litio que rompen esa protección, para finalmente observar el desarrollo de los pelos, bigotes o estructuras metálicas en forma de ramas. Entender este proceso es primordial para encontrar una solución a este problema. Por eso, las investigaciones de la industria apuntan a varios aspectos a la vez: desde la modificación de la resistencia estructural del SEI con el agregado de aditivos, pasando por la incorporación de electrolitos sólidos que dispongan de una mayor resistencia mecánica, el uso de separadores más robustos y reforzados estructuralmente, el diseño de los ánodos con estructuras de tipo tridimensional más convenientes, y por último adecuar de forma más inteligente los protocolos de carga de la batería. Evidentemente, atendiendo estos temas en particular, pero en conjunto como un sistema, el problema se irá resolviendo de a poco para controlar definitivamente la formación de la dendrita metálica, cosa que aún no se ha alcanzado. Es imperioso atacar y controlar este problema, ya que la formación de las dendritas genera una degradación general del rendimiento de la batería. La formación en sí de ella requiere consumir litio activo, lo que reduce en el tiempo y en forma progresiva la capacidad de la batería. También incrementa la resistencia interna disminuyendo la eficiencia de los procesos de carga y descarga de la misma, con la consiguiente disminución de la vida útil. Por otro lado, cuando el diseño de construcción de la batería es mediante paquetes de varias celdas, puede ocurrir que se produzca un crecimiento desparejo de las dendritas en cada paquete, generando un envejecimiento no uniforme, afectando el rendimiento general del conjunto de la batería.
Hasta acá he tratado sintéticamente de explicarles uno de los desafíos y quizás el mayor problema con los que se han encontrado los grandes fabricantes de baterías eléctricas de iones de litio para ser utilizadas como fuentes de energía para la locomoción automotriz. Sin embargo, pese a todos los esfuerzos que se han aplicado, no han podido aún neutralizar definitivamente este efecto que generan las dendritas. Lo positivo de todo lo mencionado, es que a medida que se encuentran soluciones alternativas y se las aplican, los resultados demuestran que se han generado muchos avances para el retardo de su formación, permitiendo de esta manera producir baterías más seguras, con mayor densidad energética y con una vida útil más longeva; esto es tan así, que en la actualidad los fabricantes aseguran una degradación controlada de su capacidad con una capitalización de kilómetros recorridos que la mayoría de los propietarios dispondrá sin inconvenientes y que seguramente generará un reemplazo del automóvil antes que la batería entre en un período en el cual el propietario se vea forzado a su recambio. En el tiempo, toda esta data seguramente irá reflejando resultados más positivos, lo que contribuirá a aumentar la confianza para la toma de decisión hacia este tipo de movilidad, ayudando positivamente en la transición hasta obtener baterías más baratas, sostenibles y sobretodo seguras.
