Las baterías de iones de litio son conocidas por desarrollar cortocircuitos eléctricos internos que pueden encender los electrolitos líquidos de una batería, provocando explosiones e incendios. Los ingenieros de la Universidad de Illinois han desarrollado un electrolito a base de polímero sólido que se puede curar automáticamente después de un daño, y el material también se puede reciclar sin el uso de productos químicos agresivos o altas temperaturas.

El nuevo estudio, que podría ayudar a los fabricantes a producir materiales reciclables, baterías comerciales autorreparables, se publica en el Revista de la Sociedad Química Estadounidense .

A medida que las baterías de iones de litio pasan por múltiples ciclos de carga y descarga, se desarrollan diminutos, estructuras similares a ramas de litio sólido llamadas dendritas, dijeron los investigadores. Estas estructuras reducen la vida útil de la batería, causar puntos calientes y cortocircuitos eléctricos, y a veces crecen lo suficiente como para perforar las partes internas de la batería, provocando reacciones químicas explosivas entre los electrodos y los líquidos electrolíticos.

Los químicos e ingenieros han presionado para reemplazar los electrolitos líquidos en las baterías de iones de litio con materiales sólidos como cerámica o polímeros. dijeron los investigadores. Sin embargo, muchos de estos materiales son rígidos y quebradizos, lo que da como resultado un contacto deficiente entre electrolitos y electrodos y una conductividad reducida.

"Los polímeros conductores de iones sólidos son una opción para desarrollar electrolitos no líquidos, "dijo Brian Jing, estudiante de posgrado en ciencias de los materiales e ingeniería y coautor del estudio. "Pero las condiciones de alta temperatura dentro de una batería pueden derretir la mayoría de los polímeros, de nuevo resultando en dendritas y fracaso ".

Estudios anteriores han producido electrolitos sólidos mediante el uso de una red de hebras de polímero que se entrecruzan para formar un conductor de litio gomoso. Este método retrasa el crecimiento de las dendritas; sin embargo, Estos materiales son complejos y no se pueden recuperar ni curar después de un daño. Dijo Jing.

Para abordar este asunto, Los investigadores desarrollaron un electrolito de polímero de red en el que el punto de reticulación puede sufrir reacciones de intercambio y cambiar hebras de polímero. A diferencia de los polímeros lineales, estas redes en realidad se vuelven más rígidas con el calentamiento, que potencialmente puede minimizar el problema de las dendritas, dijeron los investigadores. Adicionalmente, pueden descomponerse y resolidificarse fácilmente en una estructura en red después de sufrir daños, haciéndolos reciclables, y restauran la conductividad después de haber sido dañados porque son autocurativos.

"Este nuevo polímero de red también muestra la propiedad notable de que tanto la conductividad como la rigidez aumentan con el calentamiento, que no se ve en los electrolitos de polímero convencionales, "Dijo Jing.

"La mayoría de los polímeros requieren ácidos fuertes y altas temperaturas para descomponerse, ", dijo el profesor de ciencia e ingeniería de materiales y autor principal, Christopher Evans." Nuestro material se disuelve en agua a temperatura ambiente, lo que lo convierte en un proceso muy eficiente desde el punto de vista energético y respetuoso con el medio ambiente ".

El equipo probó la conductividad del nuevo material y descubrió que su potencial como electrolito de batería eficaz era prometedor. los investigadores dijeron, pero reconozca que se requiere más trabajo antes de que pueda usarse en baterías que son comparables a las que se usan hoy en día.

"Creo que este trabajo presenta una plataforma interesante para que otros la prueben, ", Dijo Evans." Usamos una química muy específica y un enlace dinámico muy específico en nuestro polímero, pero creemos que esta plataforma se puede reconfigurar para utilizarla con muchas otras químicas para ajustar la conductividad y las propiedades mecánicas ".