La nueva tecnología de baterías de la Universidad de Michigan debería poder prevenir el tipo de incendios que dejaron en tierra a los Boeing 787 Dreamliners en 2013.

La innovación es una barrera avanzada entre los electrodos en una batería de iones de litio.

Elaborado con nanofibras extraídas de Kevlar, el material resistente de los chalecos antibalas, la barrera sofoca el crecimiento de zarcillos metálicos que pueden convertirse en vías no deseadas para la corriente eléctrica.

Un equipo de investigadores de la UM también fundó Elegus Technologies, con sede en Ann Arbor, para llevar esta investigación del laboratorio al mercado. Se espera que la producción en masa comience en el cuarto trimestre de 2016.

"A diferencia de otros materiales ultrarresistentes como los nanotubos de carbono, Kevlar es un aislante, "dijo Nicholas Kotov, el Profesor de Ingeniería Joseph B. y Florence V. Cejka. "Esta propiedad es perfecta para los separadores que necesitan evitar cortocircuitos entre dos electrodos".

Las baterías de iones de litio funcionan transportando iones de litio de un electrodo a otro. Esto crea un desequilibrio de carga, y dado que los electrones no pueden atravesar la membrana entre los electrodos, en cambio, pasan por un circuito y hacen algo útil en el camino.

Pero si los orificios de la membrana son demasiado grandes, los átomos de litio pueden construirse a sí mismos en estructuras parecidas a helechos, llamadas dendritas, que eventualmente asoman a través de la membrana. Si llegan al otro electrodo, los electrones tienen un camino dentro de la batería, cortocircuito del circuito. Así es como se cree que comenzaron los disparos de la batería del Boeing 787.

"La forma del helecho es particularmente difícil de detener debido a su punta a nanoescala, "dijo Siu On Tung, un estudiante de posgrado en el laboratorio de Kotov, así como director de tecnología en Elegus. "Era muy importante que las fibras formaran poros más pequeños que el tamaño de la punta".

Mientras que el ancho de los poros en otras membranas es de unos cientos de nanómetros, o unas centenas de milésimas de centímetro, los poros de la membrana desarrollados en U-M tienen un diámetro de 15 a 20 nanómetros. Son lo suficientemente grandes como para dejar pasar iones de litio individuales, pero lo suficientemente pequeño como para bloquear las puntas de 20 a 50 nanómetros de las estructuras de los helechos.

Los investigadores hicieron la membrana colocando las fibras una encima de la otra en láminas delgadas. Este método mantiene estiradas las moléculas en forma de cadena del plástico, que es importante para una buena conductividad de iones de litio entre los electrodos, Dijo Tung.

"La característica especial de este material es que podemos hacerlo muy delgado, para que podamos obtener más energía en el mismo tamaño de celda de batería, o podemos reducir el tamaño de la celda, "dijo Dan VanderLey, un ingeniero que ayudó a fundar Elegus a través del programa de Maestría en Emprendimiento de la U-M. "Hemos visto mucho interés por parte de personas que buscan fabricar productos más delgados".

Treinta empresas han solicitado muestras del material.

La resistencia al calor de Kevlar también podría conducir a baterías más seguras ya que la membrana tiene más posibilidades de sobrevivir a un incendio que la mayoría de las membranas actualmente en uso.

Si bien el equipo está satisfecho con la capacidad de la membrana para bloquear las dendritas de litio, Actualmente están buscando formas de mejorar el flujo de iones de litio sueltos para que las baterías puedan cargarse y liberar su energía más rápidamente.

El estudio, "Un conductor de iones sólidos supresores de dendrita de nanofibras de aramida, "aparecerá en línea el 27 de enero en Comunicaciones de la naturaleza .