Las baterías de litio son las que permiten a los vehículos eléctricos viajar varios cientos de millas con una sola carga. Su capacidad de almacenamiento de energía es bien conocida, pero también lo es su tendencia a incendiarse ocasionalmente, un hecho conocido por los investigadores de baterías como "fuga térmica". Estos incendios ocurren con mayor frecuencia cuando las baterías se sobrecalientan o hacen ciclos rápidamente. Con más y más vehículos eléctricos en la carretera cada año, La tecnología de las baterías debe adaptarse para reducir la probabilidad de que se produzcan estos peligrosos y catastróficos incendios.

Investigadores de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Illinois en Chicago informan que el grafeno, material maravilloso del siglo XXI, puede eliminar el oxígeno de los incendios de las baterías de litio. Informan sus hallazgos en la revista. Materiales funcionales avanzados .

Las razones por las que las baterías de litio se incendian incluyen ciclos rápidos o carga y descarga, y altas temperaturas en la batería. Estas condiciones pueden hacer que el cátodo dentro de la batería, que en el caso de la mayoría de las baterías de litio es un óxido que contiene litio, generalmente óxido de litio y cobalto, para descomponerse y liberar oxígeno. Si el oxígeno se combina con otros productos inflamables desprendidos por la descomposición del electrolito bajo un calor suficientemente alto, Puede producirse una combustión espontánea.

"Pensamos que si había una manera de evitar que el oxígeno saliera del cátodo y se mezclara con otros productos inflamables en la batería, podríamos reducir las posibilidades de que ocurra un incendio, "dijo Reza Shahbazian-Yassar, profesor asociado de ingeniería mecánica e industrial de la Facultad de Ingeniería de la UIC y autor correspondiente del artículo.

Resulta que un material con el que Shahbazian-Yassar está muy familiarizado proporcionó una solución perfecta a este problema. Ese material es el grafeno, una capa superfina de átomos de carbono con propiedades únicas. Shahbazian-Yassar y sus colegas habían usado previamente grafeno para ayudar a modular la acumulación de litio en los electrodos de las baterías de metal de litio.

Shahbazian-Yassar y sus colegas sabían que las láminas de grafeno son impermeables a los átomos de oxígeno. El grafeno también es fuerte, flexible y se puede fabricar para que sea eléctricamente conductor. Shahbazian-Yassar y Soroosh Sharifi-Asl, estudiante de posgrado en ingeniería mecánica e industrial en la UIC y autor principal del artículo, pensó que si envolvían partículas muy pequeñas del cátodo de óxido de cobalto de litio de una batería de litio en grafeno, podría evitar que se escape el oxígeno.

Primero, los investigadores alteraron químicamente el grafeno para hacerlo eléctricamente conductor. Próximo, envolvieron las diminutas partículas de electrodo de cátodo de óxido de cobalto de litio en el grafeno conductor.

Cuando observaron las partículas de óxido de cobalto de litio envueltas en grafeno utilizando microscopía electrónica, vieron que la liberación de oxígeno a altas temperaturas se redujo significativamente en comparación con las partículas sin envolver.

Próximo, unieron las partículas envueltas con un material aglutinante para formar un cátodo utilizable, y lo incorporó a una batería de metal de litio. Cuando midieron el oxígeno liberado durante el ciclo de la batería, casi no vieron escapar oxígeno de los cátodos, incluso a voltajes muy altos. La batería de metal de litio continuó funcionando bien incluso después de 200 ciclos.

"La batería de cátodo envuelto perdió solo alrededor del 14% de su capacidad después de un ciclo rápido en comparación con una batería de metal de litio convencional donde el rendimiento se redujo aproximadamente un 45% en las mismas condiciones, "Dijo Sharifi-Asl.

"El grafeno es el material ideal para bloquear la liberación de oxígeno en el electrolito, ", Dijo Shahbazian-Yassar." Es impermeable al oxígeno, Conducto electrico, flexible, y es lo suficientemente fuerte para soportar las condiciones dentro de la batería. Tiene solo unos pocos nanómetros de grosor, por lo que no se agregaría masa adicional a la batería. Nuestra investigación muestra que su uso en el cátodo puede reducir de manera confiable la liberación de oxígeno y podría ser una de las formas en que el riesgo de incendio en estas baterías, que alimentan todo, desde nuestros teléfonos hasta nuestros autos, podría reducirse significativamente ".