El diseño de la batería de iones de litio a prueba de incendios sobrevive al pinchazo de un clavo y evita el desbocamiento térmico
Las baterías tradicionales de iones de litio, que alimentan una amplia gama de dispositivos electrónicos, desde automóviles a smartwatches, suponen un importante riesgo de incendio. Cuando están dañadas, sobrecargadas o defectuosas, pueden sufrir un desbordamiento térmico, un evento peligroso en el que los componentes internos se rompen y liberan un calor extremo. En una batería típica, esto puede hacer que las temperaturas se disparen por encima de los 500 °C, provocando incendios y explosiones.
Ahora, un equipo de investigadores de China, principalmente de la Universidad China de Hong Kong, ha desarrollado un nuevo diseño de batería que mitiga este riesgo. En un estudio -publicado en la revista Nature- el equipo detalla el nuevo diseño y los resultados de las pruebas. Al ser penetrada con un clavo, la batería de iones de litio fabricada con este diseño experimentó un aumento de temperatura de unos 3,5 °C y se mantuvo estable. En cuanto a la batería con electrolitos convencionales, se registró un pico de temperatura de 555,2 °C, una explosión y un incendio.
El equipo sólo pudo realizar este avance tras identificar al culpable: la asociación de iones. En las pilas convencionales, la forma en que los iones de litio y los iones negativos se agrupan en el electrolito es buena para formar una capa protectora llamada interfase de electrolito sólido (SEI), que es vital para un ciclo de vida largo. Sin embargo, los investigadores descubrieron que esta misma asociación de iones también reduce la temperatura a la que comienza el desbocamiento térmico en aproximadamente 94 °C, lo que hace que la batería sea mucho menos segura.
Para resolver esta disyuntiva, el equipo desarrolló lo que llaman una "estrategia de disolvente-relé" Diseñaron un nuevo electrolito que se comporta de forma diferente a distintas temperaturas. En condiciones de temperatura ambiente, favorece la asociación de iones necesaria para una buena formación de SEI. Pero a temperaturas elevadas -como las del daño- interviene un disolvente específico llamado bis(fluorosulfonil)imida de litio, que se une al litio y promueve la disociación del ion. Esta acción inhibe los peligrosos enlaces aniónicos que, de otro modo, provocarían la liberación de calor.
El diseño demostró ser seguro y duradero. Las células diseñadas con su nueva estrategia también demostraron una excepcional duración de ciclo, conservando aproximadamente el 81,9% de su capacidad después de 1.000 ciclos.
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