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Baterías de iones de litio que no explotan
Un nuevo material polimérico podría prevenir el tipo de explosiones de baterías que llevaron a retiradas masivas de baterías de iones de litio para portátiles el año pasado. (Consulte Baterías de iones de litio más seguras). Al hacer que estas baterías sean más seguras, el nuevo material podría ayudar a despejar el camino para el uso generalizado de baterías de iones de litio en vehículos híbridos y eléctricos.
Ahorro de batería: Las tiras de esta delgada película blanca podrían ser clave para prevenir incendios de baterías del tipo que obligaron a retirar millones de baterías el año pasado. El material, que separa los electrodos dentro de una batería, cambia de estructura para evitar el sobrecalentamiento.
Las baterías de iones de litio se utilizan en las computadoras portátiles porque son pequeñas y livianas en comparación con las alternativas. En los automóviles, podrían reemplazar las baterías de hidruro metálico de níquel que se usan ahora en los híbridos, ahorrando espacio y mejorando el ahorro de combustible al reducir el peso. Pero hasta ahora no se han utilizado mucho en automóviles, en parte debido a problemas de seguridad. (Consulte ¿Son seguros los automóviles eléctricos de iones de litio?)
Las baterías pueden explotar y estallar en llamas cuando se sobrecalientan, como resultado de una sobrecarga o de que los electrodos del interior de la batería entren en contacto y provoquen un cortocircuito. Si bien el incendio de una computadora portátil puede ser peligroso, las baterías para tales dispositivos solo involucran unas pocas celdas. Un incendio causado por miles de celdas en un paquete de baterías para automóviles podría ser mucho peor.
El año pasado, compañías importantes como Apple y Dell retiraron del mercado millones de computadoras portátiles porque se incorporaron accidentalmente partículas metálicas en las celdas de la batería durante la fabricación. En casos raros, estas partículas podrían penetrar una hoja de plástico llamada separador que normalmente evita que los electrodos positivo y negativo dentro de una celda se toquen. Tal evento puede generar calor, lo que puede hacer que el separador se descomponga aún más, lo que resulta en más cortocircuitos y más calentamiento. A temperaturas suficientemente altas, los materiales de los electrodos se descomponen, liberando oxígeno y provocando un calentamiento más rápido y, en última instancia, una explosión y un incendio.
Investigadores en Mostrar químico , un afiliado de ExxonMobil Chemical con sede en Tokio, Japón, han desarrollado un nuevo separador que desempeña un papel activo para evitar que las baterías se sobrecalienten. El material podría hacer posible ralentizar las reacciones, permitiendo que la batería se enfríe en lugar de estallar en llamas, dice Peter Roth , director de programa de desarrollo de tecnología avanzada en Laboratorios Nacionales Sandia , en Albuquerque, Nuevo México. Sandia ahora está probando las características de seguridad del nuevo separador.
Los separadores son materiales eléctricamente aislantes que han sido diseñados para tener poros que permiten que los iones de litio se muevan hacia adelante y hacia atrás entre los electrodos de una batería mientras la batería se carga y descarga. Una nueva generación de separadores está diseñada para ablandarse cuando alcanzan una determinada temperatura, unos 130 ºC. Eso cierra los poros, cortando el flujo de corriente. En algunos casos, esto detendrá el sobrecalentamiento. Pero si la temperatura sigue aumentando en la celda, estos materiales se derriten por completo, se rompen y provocan enormes cortocircuitos eléctricos que pueden acelerar el calentamiento. Si la celda supera los 180 ºC, los materiales del electrodo pueden descomponerse, liberando oxígeno que permite que el electrolito de la batería se incendie y la batería explote.
A diferencia de estos separadores, que se descomponen un poco por encima de los 150 ºC, el nuevo material Tonen permanece intacto hasta los 190 ºC. Al prevenir un cortocircuito eléctrico masivo, el nuevo separador podría prevenir el calentamiento acelerado que conduce a explosiones, dice Roth.
El rendimiento del separador se debe a que incorpora más de un polímero: uno que se ablanda a 130 ºC para cortar la corriente y otro para mantener el separador intacto para evitar cortocircuitos. Dado que el material se puede fabricar modificando el equipo de fabricación existente, podría estar rápidamente disponible en grandes cantidades, según Koichi Kono, director de I + D de Tonen. Comercialmente, estamos listos, dice.
Otras empresas han desarrollado enfoques alternativos para hacer que las baterías de iones de litio sean más seguras, incluido el uso de diferentes materiales de electrodos o electrolitos no inflamables, o la adición de una capa delgada de material cerámico para mantener los electrodos separados. Si bien las cerámicas pueden sobrevivir a temperaturas muy altas, quedan dudas sobre qué tan bien se pueden incorporar en los procesos de fabricación y si serán demasiado caras, dice Roth. El objetivo es tener baterías que fallan con gracia en lugar de explosivamente.