Las baterías de iones de litio alimentan una amplia gama de dispositivos, desde teléfonos inteligentes y portátiles hasta vehículos eléctricos. Si bien son convenientes, estas baterías representan un riesgo para la seguridad: si se perforan o se doblan, pueden encenderse en una peligrosa reacción en cadena. Sin embargo, los investigadores han logrado un avance significativo al demostrar una manera de crear baterías de iones de litio intrínsecamente más seguras mediante una modificación sorprendentemente simple: cambiar solo un material dentro de la construcción de la batería. Este avance podría conducir a la producción en masa de baterías más seguras en los próximos años.
Comprender el riesgo: fuga térmica
Las baterías de iones de litio funcionan mediante un diseño específico: un electrodo de grafito, un electrodo de óxido metálico y un electrolito compuesto por una sal de litio disuelta en un disolvente. Este electrolito líquido permite que fluyan los iones de litio, lo que permite que la batería se cargue y descargue. Sin embargo, este mismo diseño los hace vulnerables. Si una batería se daña (perforada o doblada) creando un cortocircuito, la energía química almacenada puede liberarse extremadamente rápidamente. Esta rápida liberación de energía desencadena un proceso llamado “fuga térmica”, que provoca un incendio o incluso una explosión.
Soluciones de seguridad actuales y el nuevo enfoque
Los científicos han estado explorando varias estrategias para mitigar este riesgo. Algunos enfoques implican geles protectores o sustitutos en estado sólido del electrolito líquido. Sin embargo, un equipo de la Universidad China de Hong Kong ha desarrollado un nuevo diseño que mantiene la arquitectura de batería existente. Su innovación crucial radica en alterar el material del electrolito, manteniendo los costos de producción y los procesos de fabricación relativamente sin cambios.
La clave: aislar el anión “bad boy”
La causa fundamental de la fuga térmica es la ruptura de los enlaces químicos. Específicamente, los iones cargados negativamente llamados aniones rompen sus enlaces con el litio dentro de la batería. Esta rotura de enlace libera calor, acelerando el ciclo destructivo.
Para evitar esto, los investigadores introdujeron un disolvente secundario llamado bis(fluorosulfonil)imida de litio. Este nuevo disolvente sólo se une al litio a temperaturas más altas, específicamente cuando la fuga térmica ya está comenzando. A diferencia del disolvente convencional, este nuevo material no permite la formación de enlaces aniónicos, cortando eficazmente la fuente de la creciente liberación de calor. En una demostración, una batería que utilizaba este nuevo disolvente solo se calentaba 3,5°C cuando se perforaba con un clavo, un marcado contraste con el aumento de temperatura de 500°C observado en las baterías convencionales.
“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”, explica Gary Leeke de la Universidad de Birmingham. “Este nuevo enfoque aísla al chico malo de ese proceso ; es un gran salto en términos de seguridad de la batería”.
Rendimiento y perspectivas futuras
Las baterías modificadas han mostrado un rendimiento prometedor. Las pruebas revelaron que conservaron el 82 por ciento de su capacidad después de 4100 horas de uso, lo que los hace competitivos con la tecnología existente. Los expertos predicen que este disolvente innovador podrá integrarse en la próxima generación de baterías, allanando el camino para la producción en masa en un plazo de tres a cinco años. Este avance marca un paso significativo hacia un almacenamiento de energía más seguro y confiable para una amplia gama de aplicaciones. > Este cambio relativamente simple de materiales promete revolucionar la seguridad de las baterías, minimizando el riesgo de incendios y explosiones en dispositivos cotidianos y vehículos eléctricos.
