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Materiales: el nuevo compuesto actúa rápidamente para detener el flujo de corriente y apagar la batería cuando se sobrecalienta

 

Cuando se recubre un electrodo de una batería de ión-litio con este nuevo material, éste evita que la batería arda si se sobrecarga o se produce un cortocircuito. El material, que puede conducir a diseños de baterías más seguros (tanto en baterías de ión litio como en otros tipos), fue anunciado por investigadores de la Universidad de Stanford en el número inaugural de Nature Energy (2016, DOI:10.1038/nenergy.2015.9).

 

Las baterías de ión-litio, que alimentan a dispositivos comosmartphones, coches eléctricos y monopatines eléctricos, rara vez se incendian. Los expertos del sector estiman que se produce menos de un incendio por cada 10 millones de baterías, si no contamos las pruebas de abuso. Y sin embargo estas baterías son tan ampliamente usadas y almacenan tanta energía que los investigadores siguen luchando para prevenir estos fallos tan improbables, desarrollando cada vez funciones de seguridad más fiables.

 

Algunas de las funciones que ya se están usando o que están en desarrollo se basan en finas capas de material protector dentro de la batería que cambian según aumenta la temperatura. Los cambios en la estructura del material o en otras propiedades paralizan el flujo de corriente, dejando así que se enfríe la batería de manera segura. Otras estrategias implican modificar disoluciones de electrolitos en el interior de la batería mediante aditivos químicos que inhiben las reacciones de combustión.

 

Pero estas capas y aditivos suelen causar cambios irreversibles; una vez activados, la batería no puede volverse a usar. O los materiales no son lo suficientemente efectivos porque responden de manera demasiado lenta a la variación de temperatura, o tan sólo funcionan en un rango muy pequeño de voltajes.

 

Por ello, un equipo de Stanford liderado por Yi Cui y Zhenan Bao ha desarrollado un material que responde rápidamente al calor y lo han empleado para recubrir los electrodos de baterías de ión-litio. El material es un compuesto hecho por el equipo a partir de polietileno y micropartículas puntiagudas de níquel recubiertas con grafeno para mejorar su estabilidad electroquímica.

 

El material tal cual fabricado presenta una alta conductividad eléctrica a temperatura ambiente. Pero tras haber alcanzado la temperatura crítica de transición, en menos de un segundo, el polímero se hincha, separando las partículas puntiagudas. Esto hace que la conductividad eléctrica de la batería disminuya entre siete y ocho órdenes de magnitud, desconectando el dispositivo instantáneamente.

 

Comparado con otros materiales empleados como interruptores de seguridad, el compuesto de Stanford es 1000 veces más susceptible a los cambios de temperatura. Además, a diferencia de otros materiales, el nuevo compuesto vuelve a su funcionamiento normal –y también la batería– una vez se ha solucionado el problema de sobrecalentamiento.

 

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Por encima de una determinada temperatura de transición, el polímero que recubre la batería se expande, separando las partículas de níquel puntiagudas (micrográficas), impidiendo el paso de los electrones (en el dibujo, de izquierda a derecha). En la ilustración, las partículas son amarillas, el polímero es azul, el recorrido del electrón está en rojo y el camino impedido del electrón es negro.
Credit: Nat. Energy

 

 

En un comentario que acompaña a Nature Energy, Khalil Amine, un especialista en la seguridad de las baterías del Argonne National Laboratory, destaca que “este enfoque aporta fiabilidad, una respuesta rápida y reversibilidad, sin renunciar al rendimiento de la batería, lo que es una combinación difícil de conseguir con métodos anteriores”.

 

Sin embargo, apunta que el equipo evaluó la seguridad tan solo en pilas pequeñas de tipo botón. En baterías de mayor tamaño –como las empleadas en coches eléctricos– la propagación de calor quizás no sea lo suficientemente rápida como para que se dispare automáticamente el mecanismo que apague la batería. Por ello se necesitarían más análisis.

 

Aun así, Amine destaca que el diseño de estos materiales “aporta un enfoque interesante para resolver el ya viejo problema de seguridad de las baterías de alta densidad energética”.

 

Artículo original publicado por Mitch Jacoby en C&EN
Copyright © 2016, por la American Chemical Society. Todos los
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autorizada por un acuerdo especial con la American Chemical
Society.

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Estudié Física y trabajo en educación en STEM. Colaboro en @Principia_io, @pintofscienceES y @elbuscalibros

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