Los nanoingenieros de la Universidad de California en San Diego desarrollaron una característica de seguridad que evita que las baterías de metal de litio se calienten rápidamente y se incendien en caso de un cortocircuito interno.

El equipo hizo un ajuste inteligente en la parte de la batería llamada separador, que sirve como barrera entre el ánodo y el cátodo, de modo que ralentiza el flujo de energía (y por lo tanto el calor) que se acumula dentro de la batería cuando se produce un cortocircuito.

Los investigadores, dirigido por el profesor de nanoingeniería de UC San Diego Ping Liu y su Ph.D. estudiante Matthew Gonzalez, detallan su trabajo en un artículo publicado en Materiales avanzados .

"No estamos tratando de evitar que ocurra una falla en la batería. Lo estamos haciendo mucho más seguro para que cuando falle, la batería no se incendia ni explota catastróficamente, "dijo González, quién es el primer autor del artículo.

Las baterías de metal de litio fallan debido al crecimiento de estructuras similares a agujas llamadas dendritas en el ánodo después de una carga repetida. Tiempo extraordinario, las dendritas crecen lo suficiente como para atravesar el separador y crear un puente entre el ánodo y el cátodo, provocando un cortocircuito interno. Cuando eso pasa, el flujo de electrones entre los dos electrodos se sale de control, provocando que la batería se sobrecaliente instantáneamente y deje de funcionar.

El separador que desarrolló el equipo de UC San Diego esencialmente suaviza este golpe. Un lado está cubierto por una delgada Red parcialmente conductora de nanotubos de carbono que intercepta cualquier dendrita que se forme. Cuando una dendrita perfora el separador y golpea esta red, los electrones ahora tienen un camino a través del cual pueden drenarse lentamente en lugar de precipitarse directamente hacia el cátodo de una vez.

González comparó el nuevo separador de baterías con un aliviadero en una presa.

"Cuando una presa comienza a fallar, Se abre un aliviadero para permitir que parte del agua gotee de manera controlada de modo que cuando la presa se rompa y se derrame, no queda mucha agua para provocar una inundación, ", dijo." Esa es la idea con nuestro separador. Estamos agotando mucho la carga, mucho más lento y evitar una "inundación" de electrones al cátodo. Cuando una dendrita es interceptada por la capa conductora del separador, la batería puede comenzar a descargarse automáticamente de modo que cuando la batería se corta, no queda suficiente energía para ser peligroso ".

Otros esfuerzos de investigación de baterías se enfocan en construir separadores con materiales que sean lo suficientemente fuertes como para evitar que las dendritas se rompan. Pero un problema con este enfoque es que solo prolonga lo inevitable, González dijo. Estos separadores aún necesitan tener poros que permitan que los iones fluyan para que la batería funcione. Como consecuencia, cuando las dendritas finalmente lo logran, el cortocircuito será aún peor.

En lugar de bloquear las dendritas, el equipo de UC San Diego buscó mitigar sus efectos.

En pruebas, Las baterías de metal de litio equipadas con el nuevo separador mostraron signos de falla gradual durante 20 a 30 ciclos. Mientras tanto, las baterías con un separador normal (y un poco más grueso) experimentaron fallas abruptas en un solo ciclo.

"En un escenario de caso de uso real, no recibiría ninguna advertencia anticipada de que la batería va a fallar. Podría estar bien un segundo luego prenderse fuego o cortocircuitarse completamente al siguiente. Es impredecible González dijo. Pero con nuestro separador, recibiría una advertencia anticipada de que la batería está empeorando un poco, un poco peor un poco peor cada vez que lo carga ".

Si bien este estudio se centró en las baterías de metal de litio, los investigadores dicen que el separador también puede funcionar en baterías de iones de litio y otras químicas. El equipo trabajará en la optimización del separador para uso comercial. UC San Diego ha presentado una patente provisional.