Baterías más seguras (con nanopartículas de grafeno)

Publicado en Café Científico.
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Están por todas partes y casi todos las usamos, yo misma mientras escribo esto dependo de una, probablemente ustedes cuando lean esto necesitaran otra, confían en ellas incluso para despertar por la mañana, pero también de repente las odiamos un poquito: son las baterías de ion de litio, Li-ion, que tienen apenas un cuarto de siglo de existencia pero cada vez son omnipresentes en nuestras vidas.

En nuestras computadoras portátiles, teléfonos celulares, reproductores de música, lectores de libros electrónicos y recientemente en los llamados “relojes inteligentes”, las baterías recargables Li-ion son las proveedoras de la energía necesaria para hacer funcionar todos esos dispositivos.

Aunque los primeros prototipos de baterías con litio fueron diseñados y construidos desde principios de la década de los setentas del siglo pasado, no fue sino hasta 1991 que la compañía japonesa Sony, presentó una versión comercial, que se usó en los teléfonos celulares de la época, desde entonces no se han dejado de fabricar las baterías Li-ion.

El hecho de que haya persistido su existencia, con sólo pequeñas variaciones, tiene que ver principalmente a que gracias a las características electroquímicas de los compuestos de litio que contienen pueden almacenar una gran cantidad de carga respecto al peso de la batería. El litio es un metal ligero, lo que contribuye a que este tipo de pilas, tengan un peso menor comparado con el de otras baterías recargables, como por ejemplo las que contienen plomo.

Resulta entonces que incluso una batería pequeña y ligera de Li-ion, puede almacenar suficiente carga, lo cual resulta muy conveniente en dispositivos electrónicos portátiles. No sólo eso, sino que por las sustancias que utiliza, además del litio, es posible apilar las celdas que la forman en espacios muy pequeños, lo que resulta en la posibilidad de hacer baterías muy delgadas -sólo échenle una mirada a la batería de su teléfono celular para que sepan de lo que hablo-.

Aunque por supuesto no todo es miel sobre hojuelas con estas pequeñas maravillas de la tecnología, como sabemos, tienen una vida útil media, la cual depende de su uso, pero también de que se desgasten los componentes de los que están hechas, lo cual ocurre en unos tres años -o unos 1000 ciclos de recarga-, esto sumado a que su fabricación es costosa, hace que a veces cuando la batería de nuestro teléfono deje de funcionar, parezca más barato reemplazar todo el aparato, que sólo la batería.

Además las baterías de Li-ion son sensibles a las condiciones de temperatura en las que trabajan: por ejemplo si se usan constantemente a bajas temperaturas su duración puede reducirse un 25%, en lugar de tres años, apenas nos durarían dos.

Pero dado que no son científicos en una estación en el polo sur, tal vez el frío no les parezca una amenaza real para las baterías de sus celulares, sino más bien el calor, que tampoco les hace mucho bien a su baterías, definitivamente no pensarían que sería buena idea dejar en el rayo directo del sol alguno de sus aparatos electrónicos, pero el problema más grande es a veces en los procesos de recarga de las baterías de Li-ion se producen reacciones exotérmicas, es decir que generan calor en sí mismas, sumado a que parte de sus componentes son inflamables, esto hace que al sobrecargarse puedan incediarse o incluso explotar.

Supongo que nadie se quedaría muy tranquilo pensando que trae una pequeña bomba en forma de celular en la bolsa, pero aunque es cierto que eso puede pasarle a las baterías Li-ion, es en casos de un sobrecalentamiento extremo, lo que ocurre más bien en el proceso de carga y no de manera espontánea. Sin embargo sí es un problema que la industria eléctrica y electrónica quiere resolver, y por ahora la solución puede venir justo de la investigación básica realizada en una universidad.

Apenas hace un par de semanas un grupo de investigadores de la Universidad de Stanford, de California, publicó un artículo en el que describe la síntesis de un nuevo material que, incorporado a las baterías de Li-ion, puede reducir considerablemente el peligro de sobrecalentamiento, incendio y explosión.

El grupo encabezado por la profesora Zhenan Bao, del Departamento de Ingeniería Química de Stanford, desarrolló una mezcla de polietileno -un plástico muy común y barato- y nanopartículas de níquel y carbono -en forma de grafeno-, la cual se añade a los electrodos de litio de la batería antes de ensamblarla.

Esta mezcla, que queda en forma de una película muy delgada, recubre al compuesto de litio y no afecta el desempeño de la batería a temperatura ambiente, sólo si ocurre un calentamiento rápido los espacios entre las nanopartículas de níquel se expanden, lo que hace que se interrumpa la conducción eléctrica, impidiendo que ocurran las reacciones indeseables que podrían ocasionar un accidente. Una vez que la batería se enfría por completo, las nanopartículas de la capa protectora regresan a su lugar y el funcionamiento del dispositivo vuelve a la normalidad.

Aunque hasta ahora esto es sólo parte de una investigación académica, sin duda es un resultado prometedor que la industria de los equipos electrónicos podría tomar en cuenta pronto.