Los riesgos de incendio de las baterías de iones de litio son amplios en todo el mundo y tal falla puede tener graves consecuencias tanto para los teléfonos inteligentes como para los automóviles eléctricos. dice el jefe del grupo y profesor en el Departamento de Electroquímica de la Universidad de San Petersburgo Oleg Levin. "De 2012 a 2018, 25, Sólo se notificaron 000 casos de incendio provocado por una amplia gama de dispositivos en los EE. UU. Más temprano, de 1999 a 2012, solo 1, Se notificaron 013 casos. El número de incidentes de incendios está aumentando al igual que el número de baterías que se utilizan, " él dijo.

Entre las principales razones por las que las baterías de iones de litio se incendian o explotan se encuentran la sobrecarga, cortocircuito, y otros. Como resultado, la batería se sobrecalienta y la celda de la batería entra en fuga térmica. El aumento de la temperatura hasta 70 o 90 ° C puede provocar reacciones químicas peligrosas que pueden provocar un aumento adicional de la temperatura y, en consecuencia, un incendio o una explosión. Para evitar que las baterías se incendien, podemos usar un dispositivo adyacente, es decir, un microcircuito electrónico. Realiza un seguimiento de todos los parámetros de la batería y puede apagar la batería en caso de emergencia. Sin embargo, la mayoría de los incidentes de incendios se debieron a fallas de los microcircuitos electrónicos causadas por defectos de fabricación.

"Por eso fue particularmente importante desarrollar una estrategia de seguridad de la batería basada en las reacciones químicas para bloquear el flujo de corriente eléctrica dentro del paquete de baterías. Con este fin, proponemos utilizar un polímero especial. Su conductividad eléctrica puede ajustarse a las fluctuaciones de voltaje en la batería. Si la batería funciona normalmente, el polímero no impide que fluya la corriente eléctrica. Si la batería está sobrecargada, hay un cortocircuito, o el voltaje de la batería cae por debajo de los niveles normales de funcionamiento, el polímero entra en un llamado aislador, cortacircuitos, modo, "dijo el profesor Levin.

Hay polímeros que pueden cambiar de resistencia cuando se calientan, dice el profesor Levin. El problema al que nos enfrentamos al utilizar esta tecnología, incluso en las empresas de San Petersburgo, fue si el polímero comienza a funcionar como aislante, significa que la batería ya se ha sobrecalentado, lo que ha provocado procesos peligrosos que no se pueden detener simplemente interrumpiendo el circuito eléctrico. Esto hace que esta tecnología esté lejos de ser efectiva. Sin embargo, estos avances generaron interés en la búsqueda de nuevas tecnologías, incluido el polímero que podrá ajustar el voltaje antes de que la batería comience a sobrecalentarse.

"Colaboré con Evegenii Beletskii, mi estudiante de posgrado en el Departamento de Electroquímica, que había trabajado en la industria. Tiene una amplia experiencia en el desarrollo de sistemas de seguridad de baterías. Esto nos ayudó mucho a llevar a cabo la parte experimental del proyecto que se centró en cómo funcionaba el polímero. Anna Fedorova, estudiante de posgrado en el Departamento de Electroquímica, también trabajó en la industria. En el proyecto, Ella estaba principalmente interesada en calcular las propiedades físicas y químicas del material, "dijo Oleg Levin.

El proyecto duró dos años. Durante los seis años previos al inicio del proyecto para desarrollar la tecnología, los científicos habían llevado a cabo una investigación fundamental para estudiar las propiedades físicas y químicas de una amplia gama de polímeros. Descubrieron una clase de polímeros que cambian la resistencia con el voltaje. Esto fue en lo que se enfocaron los científicos.

"La parte más difícil en el desarrollo del 'fusible químico' fue encontrar un polímero activo. Conocíamos una gran variedad de polímeros de esta clase. Sin embargo, elegir el que sería adecuado para crear un prototipo fue un hueso duro de roer, "dijo Levin." Además, Tuvimos que hacer avanzar la tecnología mediante el desarrollo de una versión industrial para demostrar que se nos había ocurrido una idea de una estrategia eficaz de seguridad de la batería. Por lo tanto, tuvimos que comprar muchos equipos nuevos para la creación de prototipos y técnicas de ajuste para trabajar con baterías de iones de litio ".

Lo que hace que esta tecnología de seguridad sea diferente es la alta escalabilidad. Por ejemplo, El tamaño del circuito de protección de ajuste tradicional depende de la potencia de la batería. Por lo tanto, El esquema de las baterías de energía motriz de los autos eléctricos será grande y costoso. Escalar el 'fusible químico' es simple, ya que se aplica por toda la superficie del colector de corriente interno.

"Las baterías de iones de litio utilizan diferentes tipos de cátodos, es decir, electrodos cargados positivamente por los cuales los electrones entran en un dispositivo eléctrico. Tienen diferente voltaje de trabajo. Por lo tanto, un polímero de seguridad debería reaccionar en consecuencia. Hemos logrado encontrar un polímero que sería adecuado para un solo tipo de batería, que es una batería de fosfato de hierro y litio. Cambiar la estructura del polímero podría resultar en cambiar su conductividad para hacerlo adecuado para otros tipos de cátodos que están en el mercado hoy. Tenemos algunas ideas sobre cómo hacer que esta estrategia de seguridad sea más universal agregando un componente de seguridad al polímero para adaptarse a los cambios en los niveles de temperatura en la batería. Se espera que esto elimine todos los riesgos de incendio asociados con las baterías, "dijo Oleg Levin.

Antes de publicar el artículo, La Universidad de San Petersburgo recibió una patente para esta tecnología. Los científicos están preparando actualmente un modelo a tamaño real de baterías protegidas para mostrárselas a posibles inversores.