Baterías de iones de litio que no pueden incendiarse: se endurecen si se golpean

Agregar sílice en polvo (en contenedor azul) a la capa de polímero (hoja blanca) que separa los electrodos dentro de una batería de prueba (bolsa de oro) evitará incendios de baterías de iones de litio. / Gabriel Veith

Las baterías de iones de litio comunes son famosas por estallar en llamas cuando están dañadas o mal embaladas, dando lugar a quemaduras, incendios en el hogar y, que se conozca, al menos un accidente aéreo. Inspirados por el extraño comportamiento de algunos líquidos que se solidifican con el impacto, investigadores del Laboratorio Nacional de Oak Ridge y la Universidad de Rochester (EE.UU.) han desarrollado una forma práctica y económica de ayudar a prevenir estos incendios: baterías de iones de litio que no se pueden incendiar porque se endurecen con el impacto. 

"En una batería de iones de litio, una fina pieza de plástico separa los dos electrodos. Si la batería se daña y la capa de plástico falla, los electrodos pueden entrar en contacto y provocar que el electrolito líquido de la batería se incendie", explica Gabriel Veith, que ha presentado el proyecto en la 256ª Reunión y Exposición Nacional de la American Chemical Society (ACS). Para que estas baterías sean más seguras, algunos investigadores usan un electrolito sólido no inflamable. Como alternativa, el equipo mezcla un aditivo en el electrolito convencional para crear un electrolito resistente a los impactos, solidificándose cuando se golpea, evitando que los electrodos se toquen si la batería se daña durante una caída o un choque. Si los electrodos no se tocan, la batería no explota.

Según cuenta Veith, el momento eureka le llegó cuando jugaba con sus hijos con una mezcla de almidón de maíz y agua conocida como oobleck: "Si pones la mezcla en una bandeja para galletas, fluye como un líquido hasta que comiences a pincharla, y luego se convierte en un sólido". Después de que se elimina la presión, la sustancia se licua de nuevo. De este modo, afirma, se dio cuenta de que podía explotar el comportamiento reversible para hacer las baterías más seguras.

Partículas esféricas

Esta característica depende de un coloide, que es una suspensión de pequeñas partículas sólidas en un líquido. En el caso de oobleck, el coloide consiste en partículas de almidón de maíz suspendidas en agua. Y en la batería, los investigadores usaron partícolas de sílice perfectamente esféricas de 200 nanómetros de diámetro (esencialmente, arena superfina) suspendidas en electrolitos líquidos comunes para baterías de iones de litio. En el impacto, las partículas de sílice se agrupan y bloquean el flujo de fluidos e iones. Frente a otros proyectos que utilizan partículas irregulares de este compuesto o en forma de varillas, Veith cree que sus partículas esféricas pueden ser más fáciles de fabricar y responden más rápido.

Uno de los problemas que encntraron los científicos es que, normalmente, durante la fabricación de las baterías tradicionales de iones de litio, se introduce un electrolito en la caja de la batería al final del proceso de producción, y luego se sella la batería, algo que no "puede hacerse con un electrolito de espesamiento de cizalla porque al minuto que intentas inyectarlo, se solidifica", indica Veith. Para resolverlo, introdujeron el sílice en su lugar antes de agregar el electrolito. En el futuro, Veith planea mejorar el sistema para que la parte de la batería que está dañada en un choque permanezca sólida, mientras que el resto de la batería seguirá funcionando.

Por ahora, el rendimiento del material usado en las baterías modernas, el litio, es insuperable. Al menos eso piensan los científicos de la Universidad de Stanford (EE.UU.) que, sin embargo, han conseguido desarrollar un dispositivo de almacenamiento que puede guardar la misma cantidad de energía que una de litio de última generación, y a un coste sustancialmente menor: la batería de sodio

Beatriz de Vera

Esta noticia ha sido publicada originalmente en N+1, ciencia que suma

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