Los nanoingenieros de la Universidad de California en San Diego desarrollaron una característica de seguridad que evita que las baterías de litio metálico se calienten rápidamente y se incendien en caso de un cortocircuito interno.
El equipo hizo un ajuste inteligente a la parte de la batería llamada separador, que sirve como barrera entre el ánodo y el cátodo, de modo que ralentiza el flujo de energía y, por lo tanto, calor que se acumula dentro de la batería cuandocortocircuita
Los investigadores, dirigidos por el profesor de nanoingeniería de UC San Diego Ping Liu y su estudiante de doctorado Matthew Gonzalez, detallan su trabajo en un artículo publicado en Materiales avanzados .
"No estamos tratando de evitar que ocurra una falla de la batería. Lo estamos haciendo mucho más seguro para que cuando falla, la batería no se incendie ni explote catastróficamente", dijo González, quien es el primero del periódicoautor.
Las baterías de metal de litio fallan debido al crecimiento de estructuras con forma de aguja llamadas dendritas en el ánodo después de la carga repetida. Con el tiempo, las dendritas crecen lo suficiente como para atravesar el separador y crear un puente entre el ánodo y el cátodo, causando un corto internocircuito. Cuando eso sucede, el flujo de electrones entre los dos electrodos se descontrola, lo que hace que la batería se sobrecaliente al instante y deje de funcionar.
El separador que el equipo de UC San Diego desarrolló esencialmente suaviza este golpe. Un lado está cubierto por una red delgada y parcialmente conductora de nanotubos de carbono que intercepta las dendritas que se forman. Cuando una dendrita perfora el separador y golpea esta red, los electrones ahoratienen un camino a través del cual pueden drenarse lentamente en lugar de precipitarse directamente hacia el cátodo de una vez.
González comparó el nuevo separador de batería con un aliviadero en una presa.
"Cuando una presa comienza a fallar, se abre un aliviadero para permitir que parte del agua gotee de manera controlada para que cuando la presa se rompa y se derrame, no quede mucha agua para causar una inundación,"Él dijo." Esa es la idea con nuestro separador. Estamos drenando la carga mucho, mucho más lentamente y evitamos una 'inundación' de electrones al cátodo. Cuando una dendrita es interceptada por la capa conductora del separador, la batería puede comenzar a funcionar.autodescarga para que cuando la batería se agote, no quede suficiente energía para ser peligrosa "
Otros esfuerzos de investigación de baterías se centran en construir separadores con materiales que sean lo suficientemente fuertes como para impedir que se rompan las dendritas. Pero un problema con este enfoque es que solo prolonga lo inevitable, dijo González. Estos separadores aún necesitan tener poros que permitanlos iones fluyen para que la batería funcione. Como consecuencia, cuando las dendritas finalmente lo logren, el cortocircuito será aún peor.
En lugar de bloquear las dendritas, el equipo de UC San Diego trató de mitigar sus efectos.
En las pruebas, las baterías de metal de litio equipadas con el nuevo separador mostraron signos de falla gradual durante 20 a 30 ciclos. Mientras tanto, las baterías con un separador normal y ligeramente más grueso experimentaron una falla abrupta en un solo ciclo.
"En un escenario de caso de uso real, no habría ninguna advertencia anticipada de que la batería va a fallar. Podría estar bien un segundo, luego prenderse fuego o quedar completamente corto al siguiente. Es impredecible", dijo González"Pero con nuestro separador, recibiría una advertencia anticipada de que la batería está empeorando, empeorando, empeorando cada vez que la carga".
Si bien este estudio se centró en las baterías de metal de litio, los investigadores dicen que el separador también puede funcionar en iones de litio y otras químicas de baterías. El equipo trabajará en la optimización del separador para uso comercial. UC San Diego ha presentado una patente provisional.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - San Diego . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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