Este nuevo material polimérico puede ayudar a que las baterías se vuelvan autocurables

Las baterías de iones de litio son conocidas por desarrollar cortocircuitos eléctricos internos que pueden encender los electrolitos líquidos de una batería y provocar explosiones e incendios. Los ingenieros de la Universidad de Illinois han desarrollado un electrolito sólido a base de polímero que puede curarse automáticamente después del daño, y el material también puede reciclarse sin el uso de productos químicos agresivos o altas temperaturas.

A medida que las baterías de iones de litio pasan por múltiples ciclos de carga y descarga, desarrollan estructuras diminutas y ramificadas de litio sólido llamadas dendritas, dijeron los investigadores. Estas estructuras reducen la vida útil de la batería, causan puntos calientes y cortocircuitos eléctricos, y a veces crecen lo suficiente como para perforar las partes internas de la batería, causando reacciones químicas explosivas entre los electrodos y los líquidos electrolíticos.

Los químicos e ingenieros han presionado para reemplazar los electrolitos líquidos en las baterías de iones de litio con materiales sólidos como la cerámica o los polímeros, dijeron los investigadores. Sin embargo, muchos de estos materiales son rígidos y frágiles, lo que da como resultado un contacto deficiente de electrolito a electrodo y una conductividad reducida.

"Los polímeros conductores de iones sólidos son una opción para desarrollar electrolitos no líquidos", dijo Brian Jing, un estudiante graduado en ciencias de los materiales e ingeniería y coautor del estudio. "Pero las condiciones de alta temperatura dentro de una batería pueden derretir la mayoría de los polímeros, resultando nuevamente en dendritas y fallas".

Estudios anteriores han producido electrolitos sólidos mediante el uso de una red de hebras de polímero que se reticulan para formar un conductor de litio gomoso. Este método retrasa el crecimiento de las dendritas; Sin embargo, estos materiales son complejos y no se pueden recuperar o curar después del daño, dijo Jing.

Para abordar este problema, los investigadores desarrollaron un electrolito polimérico de red en el que el punto de reticulación puede sufrir reacciones de intercambio e intercambiar cadenas de polímeros. A diferencia de los polímeros lineales, estas redes en realidad se vuelven más rígidas con el calentamiento, lo que potencialmente puede minimizar el problema de la dendrita, dijeron los investigadores. Además, pueden desglosarse y resolidificarse fácilmente en una estructura en red después del daño, haciéndolos reciclables, y restauran la conductividad después de dañarse porque se autocuran.

"Este nuevo polímero de red también muestra la notable propiedad de que tanto la conductividad como la rigidez aumentan con el calentamiento, lo que no se ve en los electrolitos de polímero convencionales", dijo Jing.

"La mayoría de los polímeros requieren ácidos fuertes y altas temperaturas para descomponerse", dijo el profesor de ciencias de los materiales e ingeniería y autor principal Christopher Evans. "Nuestro material se disuelve en agua a temperatura ambiente, lo que lo convierte en un proceso muy eficiente desde el punto de vista energético y ecológico".

Los investigadores dijeron que el equipo probó la conductividad del nuevo material y descubrió que su potencial como un electrolito de batería efectivo era prometedor, pero reconoce que se requiere más trabajo antes de que pueda usarse en baterías que sean comparables a las que se usan hoy en día.

"Creo que este trabajo presenta una plataforma interesante para que otros lo prueben", dijo Evans. "Usamos una química muy específica y un enlace dinámico muy específico en nuestro polímero, pero creemos que esta plataforma puede reconfigurarse para usarse con muchas otras químicas para modificar la conductividad y las propiedades mecánicas".   @mundiario