Esta batería de iones de litio es (casi) indestructible

La batería se puede cortar, doblar, ablandar, disparar y prender fuego, y seguirá funcionando muy bien.

Las baterías de iones de litio han dado forma al mundo moderno. Estas bolsas de energía están en el corazón de la mayoría de los recargables electrónicos, desde teléfonos móviles y computadoras portátiles hasta vapores y automóviles eléctricos. Pero, aunque son excelentes para mantener la carga y tienen una alta densidad de energía, las baterías de iones de litio no están exentas de problemas. Su dependencia de materiales tóxicos e inflamables significa que el menor defecto puede provocar la explosión de los dispositivos.

Un equipo de investigadores dirigido por físicos del Laboratorio de Física Aplicada Johns Hopkins creía que era posible una batería más segura, y durante los últimos cinco años han desarrollado una batería de iones de litio que parece inmune a fallas. La batería resistente que presentaron por primera vez en 2017, que trabaja con investigadores de la Universidad de Maryland, se puede cortar, disparar, doblar y suavizar sin interrupción. A fines del año pasado, el equipo de Johns Hopkins lo impulsó aún más, haciéndolo a prueba de fuego y elevando sus tensiones a niveles comparables a los de un producto comercial. Samsung, come tu corazón.

El secreto para hacer una batería indestructible radica en el electrolito, el gulash químico que separa los extremos positivo y negativo de una batería, dice Konstantinos Gerasopoulos, científico senior de LPA que lidera la investigación. Cuando se usa una batería de iones de litio, las partículas de litio cargadas atraviesan una barrera de electrolito desde el ánodo (extremo negativo) hasta el cátodo (extremo positivo), donde se somete a una reacción química que produce energía.

La mayoría de los electrolitos de iones de litio son una mezcla de sales de litio inflamables y líquidos tóxicos, lo que significa que «en la química actual de iones de litio hay una receta para el desastre», dice Jeff Maranchi, director del programa de ciencia de materiales de LPA. Si la barrera permeable que separa el cátodo del ánodo se derrumba, se crea un cortocircuito y mucho calor. Cuando todo este calor golpea un material extremadamente inflamable, como un electrolito de iones de litio cerca del cátodo rico en oxígeno de la batería, tienes un dispositivo electrónico en llamas en tus manos.

Las baterías acuosas evitan todos estos problemas, con electrolitos a base de agua y, por tanto, tanto no inflamables como no tóxicas. Han existido durante 25 años, pero han sido demasiado débiles para ser útiles. Lo que descubrió el equipo de LPA es que al aumentar la concentración de sales de litio y mezclar el electrolito con un polímero, un material que parece un plástico muy blando, podrían aumentar el potencial eléctrico de aproximadamente 1.2 voltios a 4 voltios, que es comparable a Baterías comerciales de iones de litio.

Cuando Gerasopoulos y sus colegas conectaron un ánodo y un cátodo disponibles comercialmente a este electrolito pegajoso, se les ocurrió una batería de iones de litio diferente a cualquier otra que haya visto. Es transparente y flexible como una lente de contacto, no es tóxico ni inflamable y se puede fabricar y operar al aire libre sin una carcasa. Además, puede soportar casi cualquier abuso.

Durante las pruebas, que se pueden ver aquí, el equipo de APL sumergió el dispositivo en agua salada, lo cortó con unas tijeras, utilizó un cañón de aire para simular un impacto balístico y lo prendió fuego. A través de cada prueba, la batería continuó bombeando electricidad. Después de un proceso de fuego, la parte carbonizada se interrumpió y continuó funcionando normalmente durante 100 horas.

La nueva batería a base de agua no es solo una curiosidad de laboratorio, dice Maranchi. El equipo de LPA ya está en conversaciones con fabricantes no revelados que, según dicen, podrían integrar la nueva química y el factor de forma en las instalaciones de producción de iones de litio existentes sin demasiada dificultad. Podría estar en el mercado dentro de dos años, dice, e ir a donde la batería nunca ha ido.

Debido a que es flexible, podría incorporarse en dispositivos electrónicos portátiles, incluso posiblemente integrado directamente en la fibra de la ropa. Su resistencia también sugiere nuevos usos en una serie de aplicaciones militares y científicas, como vehículos submarinos autónomos, drones y satélites.

Todavía hay algunos obstáculos técnicos que superar, como aumentar el número de ciclos de carga que puede soportar una batería acuosa. La batería típica de un teléfono inteligente se puede recargar más de 1000 veces, pero esta batería APL comienza a perder eficiencia después de solo 100 ciclos. La regulación fina de la química de los electrolitos debería proporcionar una solución, dice Gerasopoulos. Finalmente, la era del dispositivo explosivo puede haber terminado.

Esta historia se publicó originalmente en DyN Noticias US

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