¿El fin de los incendios en las baterías de litio? Es posible con este electrolito ignífugo desarrollado en Stanford

El electrolito polimérico creado por la estudiante de posgrado Rachel Z Huang sigue funcionando por encima de los 60 grados Centígrados.

Las baterías de litio monopolizan el mercado mundial tecnológico y automotriz, ya que suponen la mejor opción para almacenar grandes cantidades de energía en espacios reducidos. Sin embargo, cuentan con varios inconvenientes o limitaciones. Y una de ellas es su tendencia a estropearse o incluso incendiarse con altas temperaturas.

Esto se debe a que el electrolito que contienen, el cual transporta iones de litio entre los dos electrodos durante la carga y descarga de la batería, es potencialmente inflamable, y comienza a tener problemas de funcionamiento por encima de los 60 ºC.

Este es precisamente uno de los principales problemas de seguridad en la industria de las baterías, llegando a provocar serios problemas de funcionamiento e incluso incendios. Esto hace que los esfuerzos por reducir o eliminar este problema sean importantes.

Un electrolito ignífugo

Rachel Z Huang es estudiante de posgrado de la Universidad de Stanford y la autora principal de un informe publicado en Matter el 30 de noviembre. Ella trabajó junto a otros 19 investigadores del Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC del Departamento de Energía y la Universidad de Stanford para desarrollar un electrolito no inflamable para baterías de iones de litio.

Su investigación demostró que las baterías que contienen este electrolito siguen funcionando a altas temperaturas sin causar incendios. Y, además, sin por ello perjudicar un movimiento eficiente de los iones. Pero, ¿cómo lo ha conseguido?

El hallazgo se basa en la adición de una considerable cantidad de sales, concretamente una sal de litio llamada LiFSI incorporada a un electrolito de polímero sintetizado por Jian-Cheng Lai, becario postdoctoral de la Universidad de Stanford y coautor del artículo.

Normalmente, menos del 50 % del peso de un electrolito basado en polímero es sal, pero en este caso se aumentó esa cantidad al 63 %. Y, gracias a eso, el electrolito, llamado SAFE, demostró no ser inflamable a altas temperaturas.

La sal y los solventes trabajan en equipo

Según explican sus creadores, SAFE funciona porque los solventes y la sal trabajan juntos: las moléculas de disolvente ayudan a conducir los iones, lo que proporciona un rendimiento similar al de los electrolitos convencionales. Pero, al mismo tiempo, las abundantes sales añadidas actúan como anclas para las moléculas del solvente, evitando que se evaporen y causen incendios.

Las baterías que contienen SAFE funcionan hasta tal punto que siguen funcionando a temperaturas comprendidas entre 77 y 212 grados Fahrenheit. Es decir, entre 25 y 100 grados Centígrados.

«Este nuevo hallazgo señala una nueva forma de pensar para el diseño de electrolitos basados ​​en polímeros», ha declarado Zhenan Bao, profesor de la Universidad de Stanford e investigador del Instituto de Ciencias de los Materiales y la Energía de Stanford (SIMES), que asesora a Huang. «Este electrolito es importante para desarrollar futuras baterías que sean seguras y de alta densidad de energía».

Electrolito líquido o sólido

Los electrolitos a base de polímeros pueden ser sólidos o líquidos, y el electrolito SAFE es un líquido pegajoso debido a la adición de solventes y sal que plastifican su matriz de polímero.

Una ventaja de SAFE es que puede ser utilizado con piezas de baterías de iones de litio disponibles en el mercado, a diferencia de otros electrolitos no inflamables como los electrolitos cerámicos de estado sólido, que requieren electrodos especialmente diseñados y son costosos de producir.

«Con SAFE no hay necesidad de cambiar ninguna configuración de fabricación», dijo Huang. «Por supuesto, si alguna vez se usa para la producción, se necesitan optimizaciones para que el electrolito encaje en la línea de producción, pero el trabajo es mucho menor que cualquiera de los otros sistemas».

Yi Cui, profesor de SLAC y Stanford e investigador de SIMES que también asesora a Huang, afirma que este nuevo electrolito de batería «es compatible con la tecnología de celda de batería de iones de litio existente y tendría un gran impacto en la electrónica de consumo y el transporte eléctrico».

SAFE en los vehículos eléctricos

Un uso posible para SAFE es en el empaquetamiento de baterías de iones de litio en vehículos eléctricos.

Si las baterías se colocan demasiado cerca entre sí, pueden calentarse y provocar un incendio debido al sobrecalentamiento. Sin embargo, si un vehículo eléctrico utiliza baterías con SAFE como electrolito, estas pueden ser ensambladas juntas sin riesgo de sobrecalentamiento debido a que el electrolito es estable a altas temperaturas.

Esto significa que se puede ahorrar espacio en el sistema de refrigeración y utilizar más espacio para las baterías, lo que aumenta la densidad de energía general y permite que el vehículo eléctrico tenga mayor autonomía.