Análisis de operando SEM de la interfaz Li/LLZTO bajo corrientes cíclicas. Crédito: ciencia (2025). Doi: 10.1126/science.adq6807
Un equipo de científicos e ingenieros de materiales afiliados a varias instituciones en China ha encontrado que una de las principales razones por las que las baterías de litio en estado sólido fallan con el tiempo es la fatiga del metal en el ánodo, lo que contribuye a la degradación de la interfaz y el crecimiento de la dendritan. En su artículo publicado en la revista Science, el grupo describe cómo estudiaron el crecimiento de dendrita en baterías de litio en estado sólido utilizando microscopía electrónica de barrido y lo que sucedió con sus anodes con el tiempo.
Uno de los principales objetivos de los fabricantes de baterías de litio de estado sólido es hacerlos competitivos con las baterías estándar de iones de litio. Se ha observado que tales baterías serían una mejora bienvenida porque son mucho más seguras y tienen densidades de energía mucho más altas que las baterías actualmente en uso. Desafortunadamente, tales baterías no duran tanto debido al crecimiento dendrítico, que son estructuras similares a la aguja que se acumulan en el litio, causando cortocircuitos y muerte de batería.
En este nuevo esfuerzo, el equipo de investigación buscó aprender más sobre el motivo de la acumulación dendrítica y cualquier otra causa de falla de la batería de litio de estado sólido. Con ese fin, utilizaron simulaciones de campo de fase y microscopía electrónica de barrido para analizar más de cerca los componentes de la batería durante varias etapas de su vida útil.
Al hacerlo, descubrieron que la fatiga del metal que ocurre en el ánodo (debido a la expansión y la contracción del litio durante la carga y la recarga) fue la razón principal de la falla de la batería. Se descubrió que tal fatiga promovió el crecimiento de las dendritas.
Más específicamente, descubrieron que la expansión y la contracción constantes condujeron al desarrollo de microvoides y grietas en la interfaz de electrolitos de ánodo-sólido-estado, que a su vez condujo al crecimiento y degradación de la dendrita, incluso a bajas densidades.
Los investigadores también descubrieron que la fatiga que encontraron en las baterías se ajustan a la ley de Coffin-Manson (una ecuación que describe el comportamiento de la fatiga del ciclo bajo), lo que señalan significa que es intrínseco a la naturaleza de la batería y predecible. Sugieren que esto ofrece la esperanza de encontrar una forma de prevenir la fatiga del metal y el posterior crecimiento de la dendrita y la eventual falla de la batería.
Más información: Tengrui Wang et al, fatiga de ánodo de metal Li en baterías de estado sólido, ciencia (2025). Doi: 10.1126/science.adq6807
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Cita: fatiga metálica en ánodos identificados como causa clave de la degradación de la batería de litio en estado sólido (2025, 1 de mayo) Recuperado el 1 de mayo de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-04-metal-fatigue-anodes-key-solid.html
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