Un nuevo diseño de baterías de litio reduce el riesgo de incendios

Las baterías de iones de litio han demostrado ser una fuente común de riesgos de incendio, incluso provocando explosiones en ciertas circunstancias. Su uso masivo, desde vehículos eléctricos hasta cepillos de dientes, hace que la mitigación de riesgos en estas baterías sea una prioridad crucial. Investigadores de China han realizado un avance significativo al introducir un nuevo diseño que reduce el riesgo de incendio, equilibrando la longevidad, alta tensión y seguridad.

El riesgo de incendio se debe a situaciones como daño físico, sobrecarga o defectos de fabricación, lo que provoca una reacción de "thermal runaway" al liberar calor cuando los aniones se separan de los iones de litio. Este fenómeno puede causar un cambio de temperatura superior a los 500°C en baterías convencionales.

Recientes investigaciones han demostrado que el nuevo diseño de baterías presenta un incremento de temperatura durante las pruebas de penetración de clavos de tan solo 3.5°C, en comparación con los más de 500°C de modelos anteriores. Esto se logró a través de un enfoque innovador que modifica el electrolito para fomentar la asociación iónica a temperatura ambiente y disociación a altas temperaturas, asegurando así una operación segura.

El estudio fue publicado en la prestigiosa revista Nature Energy y en él se detallan los resultados obtenidos de las pruebas de penetración con clavos, donde la temperatura solo aumenta hasta aproximadamente 3.5°C. Este impresionante hallazgo es el resultado de la asociación iónica en electrolitos, que permiten disminuir radicalmente la temperatura de inicio de la reacción de "thermal runaway" en 94°C.

Con la implementación de una "estrategia de relé de solvente", se propicia la formación de una interfaz de electrolito sólido a temperaturas más bajas, un proceso esencial para el funcionamiento óptimo de las baterías. La nueva formulación incluye un solvente llamado bis(fluorosulfonil)imida de litio, que se adhiere a los iones de litio, evitando que se rompan las uniones con los aniones que inducen esta reacción explosiva.

En pruebas con celdas de bolsa de 1.1 Ah, las células mostraron un asombroso ciclo de vida de 4,100 horas, con una retención de capacidad del 81,9% tras 1,000 ciclos a una tasa de carga de 0.45 C.

Los autores del estudio concluyeron al afirmar que, si bien se requieren más pruebas, este nuevo diseño ofrece una clara ventaja en términos de seguridad para las baterías de iones de litio y podría implementarse en un futuro cercano.