Las baterías de iones de litio que se utilizan comúnmente en la electrónica de consumo son conocidas por estallar en llamas cuando se dañan o se empaquetan incorrectamente. Estos incidentes ocasionalmente tienen graves consecuencias, incluyendo quemaduras, incendios en casas y al menos un accidente de avión. Inspirado en el extraño comportamiento de algunos líquidos que se solidifican con el impacto, Los investigadores han desarrollado una forma práctica y económica de ayudar a prevenir estos incendios.

Presentarán sus resultados hoy en la 256ª Reunión y Exposición Nacional de la Sociedad Química Estadounidense (ACS).

"En una batería de iones de litio, una fina pieza de plástico separa los dos electrodos, "Gabriel Veith, Doctor., dice. "Si la batería está dañada y la capa de plástico falla, los electrodos pueden entrar en contacto y hacer que el electrolito líquido de la batería se incendie ".

Para hacer estas baterías más seguras, algunos investigadores, en cambio, usan un no inflamable, electrolito sólido. Pero estas baterías de estado sólido requieren una remodelación significativa del proceso de producción actual, Veith dice. Como alternativa, su equipo mezcla un aditivo en el electrolito convencional para crear un electrolito resistente a los impactos. Se solidifica cuando se golpea, Evitar que los electrodos se toquen si la batería se daña durante una caída o un choque. Si los electrodos no se tocan, la batería no se incendia. Aun mejor, la incorporación del aditivo requeriría sólo pequeños ajustes en el proceso de fabricación de baterías convencional.

El momento eureka del proyecto llegó cuando Veith y sus hijos jugaban con una mezcla de maicena y agua conocida como oobleck. "Si pones la mezcla en una bandeja para galletas, fluye como un líquido hasta que empiezas a pincharlo, y luego se vuelve sólido, "dice Veith, que tiene su base en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge y es el investigador principal del proyecto. Una vez que se quita la presión, la sustancia se licua de nuevo. Veith se dio cuenta de que podía aprovechar este comportamiento reversible de "engrosamiento por cizallamiento" para hacer las baterías más seguras.

Esta característica depende de un coloide, que es una suspensión de diminuta, partículas sólidas en un líquido. En el caso de oobleck, el coloide consiste en partículas de almidón de maíz suspendidas en agua. Para el coloide de la batería, Veith y sus colegas de Oak Ridge y la Universidad de Rochester utilizaron sílice suspendida en electrolitos líquidos comunes para baterías de iones de litio. En impacto, las partículas de sílice se agrupan y bloquean el flujo de fluidos e iones, el explica. Los investigadores utilizaron perfectamente esféricos, Partículas de sílice de 200 nanómetros de diámetro, o esencialmente una arena superfina. "Si tiene ese tamaño de partícula muy uniforme, las partículas se dispersan homogéneamente en el electrolito, y funciona de maravilla, "Dice Veith." Si no tienen un tamaño homogéneo, entonces el líquido se vuelve menos viscoso al impactar, y eso es malo ".

Algunos otros laboratorios han estado estudiando el espesamiento por cizallamiento para hacer que las baterías sean más seguras. Un equipo informó anteriormente sobre una investigación con sílice "pirógena", que consiste en diminutas partículas irregulares de sílice. Otro grupo informó recientemente sobre el efecto de usar partículas de sílice en forma de varilla. Veith cree que sus partículas esféricas podrían ser más fáciles de hacer que la sílice en forma de varilla y tienen una respuesta más rápida y más poder de frenado en el impacto que la sílice ahumada.

Uno de los principales avances de Veith implica el proceso de producción de las baterías. Durante la fabricación de baterías de iones de litio tradicionales, se vierte un electrolito en la caja de la batería al final del proceso de producción, y luego se sella la batería. "No puede hacer eso con un electrolito que espesa el cizallamiento porque en el momento en que intenta inyectarlo, se solidifica, ", dice. Los investigadores resolvieron esto colocando la sílice en su lugar antes de agregar el electrolito. Están buscando una patente para su técnica.

En el futuro, Veith planea mejorar el sistema para que la parte de la batería que se daña en un choque permanezca sólida. mientras que el resto de la batería seguiría funcionando. El equipo apunta inicialmente a aplicaciones como baterías de drones, pero eventualmente les gustaría ingresar al mercado automotriz. También planean hacer una versión más grande de la batería, que sería capaz de detener una bala. Eso podría beneficiar a los soldados, que a menudo llevan 20 libras de chalecos antibalas y 20 libras de baterías cuando están en una misión, Veith dice. "La batería funcionaría como su armadura, y eso aligeraría al soldado medio en unas 20 libras ".