Crean una batería de litio «inteligente» que advierte al usuario antes de recalentarse y arder

Científicos de la Universidad de Stanford han desarrollado una batería de iones de litio «inteligente» que advierte al usuario antes de recalentarse y acabar ardiendo. Esta nueva tecnología, cuya creación ha sido publicada en Nature Communications, está diseñada para las baterías de iones de litio convencionales que ahora se utilizan en millones de teléfonos móviles, ordenadores portátiles y otros dispositivos electrónicos, así como un número creciente de automóviles y aviones. «Nuestro objetivo ha sido crear un sistema de alerta temprana que salva vidas y las propiedades del aparato», ha indicado uno de sus autores, Yi Cui. El investigador ha explicado que este sistema es capaz de detectar los problemas que se producen durante el funcionamiento normal de una batería, pero su «alarma» no se aplica a baterías dañadas en una colisión u otro accidente.

Este estudio nació tras una serie de incidentes que determinaban que, en los últimos años, ha aumentado la preocupación por la seguridad de las baterías de iones de litio. Como ejemplo, Cui pone que en el 2013 la compañía de aviones Boeing tuvo temporalmente en tierra su flota de 787 Dreamliner, después de que los paquetes de baterías de dos de estos aviones se incendiaran. La causa de estos fuegos todavía no se ha determinado.

Del mismo modo, recuerda que en el 006, la compañía Sony retiró millones de baterías de iones de litio después de recibir informes de más de una docena de usuarios de ordenadores portátiles que acabaron incendiados. La compañía comunicó que durante el proceso de fabricación, diminutas impurezas metálicas se habían metido dentro de las baterías, provocando un cortocircuito.

Reducir los accidentes

«La probabilidad de que ocurra una cosa así es, tal vez, de una en un millón», ha señalado Cui, quien ha añadido que la cifra indica que «existe un gran problema» teniendo en cuenta «el elevado número de aparatos que se venden al año» con este tipo de batería. «Queremos reducir las probabilidades de un incendio de la batería a una en mil millones o incluso a cero», ha apuntado.

Una batería de iones de litio típico consta de dos electrodos apretados -un ánodo de carbono y un cátodo de óxido de metal de litio- con un separador de polímero ultra fino en el medio. El separador mantiene los electrodos separados. Si está dañado, la batería podría producir un cortocircuito y encender la solución electrolítica inflamable que transporta los iones de litio ida y vuelta. «El separador está hecho del mismo material usado en botellas de plástico», ha apuntado otro de los autores, Denys Zhuo. «Es poroso, de modo que los iones de litio pueden fluir entre los electrodos durante la carga de la batería y las descargas», ha apuntado.

Los defectos de fabricación, tales como partículas de metal y el polvo, pueden perforar el separador y disparar un cortocircuito, como lo ocurrido en Sony, ya que las dentritas pueden lacanzar el cátodo. El incendio también puede ocurrir cuando la batería se carga demasiado rápido o cuando la temperatura es demasiado baja, un fenómeno conocido como sobrecarga.

Un separador inteligente

«En el último par de años hemos estado pensando en construir un separador inteligente que puede detectar el cortocircuito antes de que las dendritas alcancen el cátodo», ha apuntado dijo Cui. Para abordar el problema, el equipo aplicó una nanocapa de cobre sobre un lado de un separador de polímero, creando un innovador tercer electrodo a medio camino entre el ánodo y el cátodo. «La capa de cobre actúa como un sensor que permite medir la diferencia de voltaje entre el ánodo y el separador. Cuando las dendritas crecen lo suficiente como para llegar a la capa de cobre, el voltaje cae a cero», ha añadido.

Según ha explicado, eso le permite saber a la batería que las dendritas han crecido a mitad de camino. Esto es una advertencia de que la batería debe ser apagada antes de las dendritas alcanzan el cátodo y que causen el incendio. Los investigadores advierten de que la acumulación de las dendritas es más probable que ocurra durante la carga, no durante la fase de descarga cuando se está utilizando la batería. «Es posible que aparezca un mensaje en el teléfono que le dice que la tensión se ha reducido a cero, por lo que la batería necesita ser reemplazada», ha indicado Zhuo.

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