Prevención de explosiones de baterías de iones de litio con diamantes

En comparación con otras tecnologías de baterías, 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 baterías 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 en el mercado, no obstante, no están exentos de problemas.

baterías de iones de litio puede 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 las baterías de iones de litio que explotan, el infame samsung galaxia nota 7 inmediatamente viene a la mente. Varias baterías de este dispositivo Samsung finalmente retirado del mercado simplemente explotaron.

La controversia asociada a

hoverboards explosivos también aparece. El denominador común entre estos 2 escenarios es que las explosiones se debieron a 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 poco frecuente con baterías con el control de calidad adecuado, una batería de iones de litio que explote es un riesgo grave que no debe tomarse a la ligera.

Un grupo de investigadores de Universidad de Drexel reconoció que todavía hay riesgos asociados con esta tecnología de batería y ha llegado a 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, repasemos 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: En estos electrodos se producen reacciones químicas que son responsables de la generación de una corriente.
• Electrólito: Este es un medio que permite el flujo de carga entre el cátodo y el ánodo.

Cómo fallan y luego explotan las baterías de iones de litio

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.

A cortocircuito es una conexión eléctrica que provoca un flujo de corriente excesivo y genera calor.

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

Esencialmente, estas dendritas cortocircuitan 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 mecanismos de seguridad en las 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 utilizan 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 estuviera 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 de formación de dendritas.

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

Solución novedosa de los investigadores de Drexel

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 provoque la formación de dendritas. El litio se recubre en uno de los electrodos durante la descarga de la batería. Los nanodiamantes facilitan un recubrimiento uniforme, previniendo las dendritas.

Pensamientos finales

El equipo admite que si bien este método es bastante efectivo según 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.

Última actualización el 03 febrero, 2022

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