Investigadores del Instituto IMDEA Materiales han logrado un importante avance en la mejora de la seguridad de las baterías de ion litio (LIBs), que alimentan desde teléfonos inteligentes hasta vehículos eléctricos.
Con el objetivo de abordar los riesgos asociados a la fuga térmica, un modo de fallo peligroso que puede provocar incendios o explosiones en las LIBs, un reciente proyecto de investigación del Instituto ha presentado una nueva formulación de electrolito termosensible.
Esta investigación innovadora es uno de los principales resultados del proyecto de Acciones Marie Skłodowska-Curie del Dr. Arnab Ghosh, titulado Electrolito inteligente con propiedades intrínsecas de resistencia al fuego para baterías de ion litio de nueva generación seguras frente al fuego (SMARTBATT). Este avance refuerza la visión marcada por el programa Battery 2030+ de la Comisión Europea para desarrollar baterías seguras y sostenibles.
Los detalles sobre la eficaz capacidad de apagado térmico de esta novedosa formulación de electrolito termosensible se presentan en el reciente artículo científico Deciphering a new electrolyte formulation for intelligent modulation of thermal runaway to improve the safety of lithium-ion batteries, publicado en Advanced Functional Materials.
En las LIBs comerciales, la fuga térmica suele controlarse mediante separadores trilaminares de polipropileno/polietileno/polipropileno (PP/PE/PP) sensibles a la temperatura. Sin embargo, debido a su retracción térmica en torno a los 160°C, estos separadores a menudo no logran evitar la fuga térmica en condiciones reales, donde las temperaturas internas pueden superar fácilmente ese rango.
Una posible solución es la introducción de electrolitos termosensibles, incluyendo los electrolitos con temperatura crítica de disolución inferior, que representan una alternativa prometedora.
Estos electrolitos están diseñados para detener inmediatamente el transporte de iones de litio dentro de la batería cuando se supera un umbral de temperatura específico (generalmente entre 100 y 120°C), limitando así el aumento de la temperatura interna y reduciendo el riesgo de fallos catastróficos por retracción térmica de los separadores trilaminares.
En concreto, los investigadores han desarrollado un electrolito compuesto por una sal de litio disuelta en carbonato de vinileno (VC) y 2,5-dimetilfurano (DMFu), que funciona eficazmente en baterías a temperatura ambiente.
“A temperaturas elevadas, se ha demostrado que estos electrolitos termosensibles reducen significativamente la conductividad de iones de litio del electrolito y, al mismo tiempo, obstruyen los microporos del separador”, explica el investigador principal, el Dr. Ghosh.
“Estos efectos duales permiten una regulación inteligente en dos etapas de la fuga térmica, iniciando una fase de advertencia a 100 °C y logrando un apagado térmico completo a 120 °C, lo que proporciona una protección incorporada contra riesgos de incendio en las LIBs”.
La investigación, supervisada por el Prof. De-Yi Wang, Investigador Senior en IMDEA Materiales, contó con el apoyo de los miembros del equipo Dr. Sunan Tian, Mingyang Zhang, Dr. Monsur Islam y Qi Chen. Además, la publicación fue el resultado de la colaboración con investigadores de la Universidad Rey Juan Carlos de Madrid, incluyendo a la Prof. Silvia González Prolongo y el Dr. Isaac Lorero Gómez, así como con Bhavika Bhatia y el Prof. Bimlesh Lochab de la Shiv Nadar Institution of Eminence, India.
