Nueva batería de ion litio que se activa y desactiva en función de la temperatura

nenergy20159-f1Investigadores de la Universidad de Stanford han inventado una batería de iones de litio que se activa y desactiva en función de la temperatura de operación, previniendo de tal forma los incendios en este tipo de baterías que han afectado a muchos dispositivos electrónicos. El estudio de esta nueva batería se publica en la revista Nature Energy en la edición del 11 de enero.

Según dice la profesora de ingeniería química de Stanford, Zhenan Bao; “se han intentado diferentes estrategias para resolver el problema de los incendios accidentales en las baterías de iones de litio”; agregando que en este caso se ha logrado “diseñar la primera batería que se puede apagar y reencender durante los ciclos de calentamiento y enfriamiento repetidos, sin comprometer el rendimiento.”

Si en una batería de iones de litio típica, la temperatura alcanza unos 300 grados Fahrenheit (150 grados Celsius), el electrolito podría incendiarse y provocar una explosión; por lo que para prevenir esta situación, se han utilizado varias técnicas, tales como la adición de retardadores de la llama del electrolito; siendo el ingeniero de Stanford, Yi Cui; quien en 2014 creó una batería “inteligente” que proporciona una amplia advertencia antes del sobrecalentamiento de la batería.

“Desafortunadamente, estas técnicas son irreversibles, por lo que la batería ya no es funcional después de que se recalienta”, dijo Cui; coautor del estudio y profesor asociado de ciencias de los materiales, ingeniería y fotones. “Es evidente que, a pesar de los muchos esfuerzos realizados hasta el momento, la seguridad de la batería sigue siendo una preocupación importante y requiere un nuevo enfoque.”

Entonces para abordar este nuevo enfoque, los investigadores de la Universidad de Stanford; aplicaron la nanotecnología inventando un sensor para vigilar la temperatura de la batería, hecho de una matriz de película delgada de polietileno con alto coeficiente de expansión térmica, que incorpora diminutas partículas de níquel con picos a nanoescala, que sobresalen de su superficie y recubiertas con grafeno.

16011-safebattery_newsLas nanopartículas así conformadas, se mantienen agrupadas y permitiendo de tal manera la conducción de la electricidad hasta que la batería se recalienta, momento en las nanopartículas se separan, por lo que la corriente deja de fluir; y la batería entra en una etapa de enfriamiento; momento en que las partículas se vuelven a reunir y la batería reinicia la producción de electricidad.

El profesor Chen, autor principal del estudio; explica que “Nosotros adherimos la película de polietileno a uno de los electrodos de la batería, de manera que la corriente eléctrica puede fluir a través de ella, para lo cual las partículas puntiagudas se tienen que tocar físicamente entre sí”. Cuando la batería se recalienta, se produce la expansión térmica de la película de polietileno, provocando que “las partículas se separen, haciendo a la película no conductora de electricidad, de modo que ya no puede fluir la misma a través de la batería.”

16011-safebattery_spikesEn el experimento realizado por los investigadores, calentaron la batería por encima de 160 F (70 C), y la película de polietileno se expandió rápidamente como un globo, haciendo que las partículas puntiagudas se separaran y que la batería se apagara. Pero cuando la temperatura bajó nuevamente a 160 F (70 C); el polietileno se redujo y las partículas volvieron a entrar en contacto, con lo que la batería reinició la generación de electricidad manteniendo su funcionalidad.

Además, según señaló el profesor Bao; “Podemos incluso ajustar la temperatura de corte, dependiendo del número de partículas que ponemos o el tipo de materiales poliméricos que elegimos; por ejemplo, podríamos querer que la batería se apague a los 50 C o 100 C.”

“En comparación con los enfoques anteriores, nuestro diseño proporciona una estrategia confiable, rápida y reversible, que puede lograr tanto un alto rendimiento de la batería y la mejora de la seguridad”, dijo Cui. “Esta estrategia representa una gran promesa para las aplicaciones prácticas de la batería.”

Fuente:

http://www.nature.com/articles/nenergy20159

Video:

https://youtu.be/Mk7DHn_DxUw

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stacruzricardo

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