Prevención de explosiones de baterías de iones de litio con diamantes

En comparación con otras tecnologías de batería, las baterías de iones de litio (Li-ion) tienen una densidad de energía relativamente alta y una larga vida útil. Su desarrollo a lo largo de los años les ha permitido ser la tecnología de batería elegida en varias áreas.

Estos incluyen la alimentación de dispositivos electrónicos portátiles y vehículos eléctricos. Si bien poseen características deseables y superan a otras tecnologías disponibles comercialmente, no están exentos de problemas.

Las baterías de iones de litio pueden explotar peligrosamente en las condiciones adecuadas. Esto es motivo de gran preocupación. Su peligro potencial es tal que las aerolíneas solo permiten esta tecnología de batería en el equipaje de mano.

Cuando surge el tema de la explosión de las baterías de iones de litio, inmediatamente viene a la mente el infame Samsung Galaxy Note 7. Varias baterías de este dispositivo finalmente retirado del mercado simplemente explotaron.

La controversia asociada con la explosión de hoverboards también aparece. El denominador común entre estos 2 escenarios es que las explosiones fueron el resultado de baterías de iones de litio defectuosas.

Si bien estos 2 casos recibieron mucha atención, otros dispositivos que contienen baterías de iones de litio han explotado antes. Aunque es raro con baterías con control de calidad adecuado, una batería de iones de litio explosiva es un riesgo grave que no debe tomarse a la ligera.

Un grupo de investigadores de la Universidad de Drexel reconoció que todavía hay riesgos asociados con esta tecnología de batería y han dado un giro interesante a esta historia. ¡Están usando diamantes para hacer que las baterías sean más estables! Realmente quiero contarles todo acerca de esta solución novedosa, pero primero, veamos algunos antecedentes.

Los componentes principales de una batería son los siguientes:

• Terminales positivo y negativo: estos son los puntos de contacto para equipos eléctricos. Permiten que la electricidad pase de la batería al equipo.
• Ánodo y cátodo: se producen reacciones químicas en estos electrodos que son responsables de la generación de una corriente.
• Electrolito: este es un medio que permite el flujo de carga entre el cátodo y el ánodo.

Cómo las baterías de iones de litio fallan y posteriormente explotan

Las explosiones en las baterías de iones de litio se producen principalmente debido al cortocircuito de los terminales positivo y negativo. La formación de estructuras llamadas dendritas en el interior de las baterías puede causar estos cortocircuitos.

Un cortocircuito es una conexión eléctrica que causa un flujo de corriente excesivo y genera calor.

Las dendritas son acumulaciones que pueden formarse en el interior de una batería de iones de litio.

Esencialmente, estas dendritas provocan un cortocircuito en los terminales positivo y negativo de la batería, generando grandes cantidades de calor y encendiendo el electrolito dentro de la batería.

La mayoría de los electrolitos son inflamables. Cuando se enciende, un electrolito generalmente causará una explosión.

Medidas de seguridad

Afortunadamente, existen medidas de mecanismos de seguridad en baterías de iones de litio de alta calidad.

Medidas actuales

Para evitar la formación de dendritas, las baterías de iones de litio actualmente en el mercado usan un electrodo de grafito que está lleno de litio. Si bien esta configuración suprime la formación de dendritas, también reduce la densidad de energía de la batería.

Si este electrodo está hecho de litio puro, las baterías tendrían alrededor de 10 veces su capacidad actual. Sin embargo, también es más probable que exploten debido a un mayor potencial para la formación de dendritas.

Este método es bastante efectivo. Sin embargo, las baterías de calidad inferior no tienden a funcionar correctamente, lo que puede provocar explosiones. Si bien este es el caso, el método descrito a continuación podría ser un mecanismo de seguridad aún mejor.

Investigadores Drexel Novela Solución

El equipo de Drexel ideó una solución novedosa para mantener la densidad de energía del litio puro y mejorar la seguridad. Diseñaron una batería que utiliza un electrodo de litio puro. Para contrarrestar la formación de dendritas, infunden la solución electrolítica con nanodiamantes.

Los nanodiamantes son diamantes extremadamente pequeños.

Los nanodiamantes reducen drásticamente el riesgo de que ocurra una reacción química en los electrodos que da como resultado la formación de dendritas. El litio se recubre sobre uno de los electrodos durante la descarga de la batería. Los nanodiamantes facilitan un recubrimiento uniforme, evitando dendritas.

Pensamientos finales

El equipo admite que si bien este método es bastante efectivo en función de sus pruebas, es difícil decir que su método eliminaría por completo la formación de dendritas. Dicho esto, este método es bastante prometedor ya que mejora la seguridad y permite una batería de mayor capacidad.