Pruebas de penetración de clavos en una batería comercial (arriba) y en una con electrolito modificado (abajo)
Prof. Yi-Chun Lu, Universidad China de Hong Kong
Cambiar solo uno de los materiales utilizados en las baterías de iones de litio podría evitar los incendios incontrolables que estallan si se perforan o doblan, y la producción en masa de estas baterías más seguras podría comenzar en los próximos años.
Las baterías de iones de litio utilizadas en teléfonos inteligentes, portátiles y coches eléctricos tienen un electrodo de grafito, un electrodo de óxido metálico y un electrolito de sal de litio disuelto en un disolvente. El electrolito líquido permite que los iones fluyan en una dirección para cargar la batería y en la otra dirección para liberar energía y alimentar los dispositivos.
Pero si este diseño se perfora de tal manera que se crea un cortocircuito, toda la energía química almacenada en su interior se libera rápidamente, lo que puede provocar un incendio o incluso una explosión.
Los investigadores han desarrollado diseños de baterías alternativos para prevenir este tipo de incendios, que incluyen geles protectores e incluso sustitutos sólidos del electrolito líquido. Ahora, Yue Sun de la Universidad China de Hong Kong y sus colegas han creado un diseño seguro que se puede construir exactamente como las baterías existentes, gracias a un cambio en el material del electrolito.
Los incendios ocurren cuando iones cargados negativamente, llamados aniones, rompen sus enlaces con el litio en la batería. A medida que los enlaces se rompen, liberan más calor y mantienen el ciclo destructivo en un proceso llamado fuga térmica.
Para solucionar esto, los investigadores crearon un segundo disolvente llamado bis(fluorosulfonil)imida de litio que se une al litio del disolvente existente sólo a temperaturas más altas, cuando comienza la fuga térmica. A diferencia del disolvente habitual, los enlaces aniónicos no pueden existir en este nuevo material y, por tanto, no puede generar el círculo vicioso de liberación de calor. Al perforarla con un clavo, la temperatura dentro de la batería aumentó sólo 3,5°C, mientras que las baterías convencionales pueden calentarse más de 500°C.
“El chico malo es el anión, que tiene mucha energía de enlace, y es la rotura de estos enlaces lo que provoca la fuga térmica”, dice Gary Leeke de la Universidad de Birmingham, Reino Unido. “Está aislando al chico malo de ese proceso. Es un gran salto en términos de seguridad de la batería”.
En las pruebas, las baterías que utilizan el nuevo disolvente conservaron el 82 por ciento de su capacidad durante 4.100 horas de uso, lo que significa que pueden competir con la tecnología actual.
Leeke dice que los hallazgos podrían incorporarse a la próxima generación de baterías y luego producirse en masa en un plazo de tres a cinco años.
Temas: