Las baterías de litio son las que permiten que los vehículos eléctricos viajen varios cientos de kilómetros con una sola carga. Su capacidad de almacenamiento de energía es bien conocida, pero también lo es su tendencia a incendiarse de vez en cuando, algo que los investigadores de las baterías conocen como «fugitivo térmico». Estos incendios ocurren con mayor frecuencia cuando las baterías se sobrecalientan o se ciclan rápidamente. Con más y más vehículos eléctricos en la carretera cada año, la tecnología de la batería necesita adaptarse para reducir la probabilidad de estos incendios peligrosos y catastróficos.
Investigadores de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Illinois en Chicago informan que el grafeno, material maravilloso del siglo XXI, puede eliminar el oxígeno de los incendios de baterías de litio. Informan de sus hallazgos en la revista Advanced Functional Materials .
Las razones por las que las baterías de litio se incendian incluyen un ciclo rápido o carga y descarga, y altas temperaturas en la batería. Estas condiciones pueden hacer que el cátodo dentro de la batería, que en el caso de la mayoría de las baterías de litio es un óxido que contiene litio, generalmente óxido de cobalto de litio, se descomponga y libere oxígeno. Si el oxígeno se combina con otros productos inflamables emitidos por la descomposición del electrolito a un calor suficientemente alto, puede producirse una combustión espontánea.
«Pensamos que si hubiera una forma de evitar que el oxígeno saliera del cátodo y se mezclara con otros productos inflamables en la batería, podríamos reducir las posibilidades de que se produzca un incendio«, dijo Reza Shahbazian-Yassar, profesor asociado de mecánica e industria. Ingeniería en la Facultad de Ingeniería de la UIC y correspondiente autor del artículo.
Resulta que un material con el que Shahbazian-Yassar está muy familiarizado proporciona una solución perfecta para este problema. Ese material es grafeno, una capa súper delgada de átomos de carbono con propiedades únicas. Shahbazian-Yassar y sus colegas habían usado previamente grafeno para ayudar a modular la acumulación de litio en electrodos en baterías de metal de litio.
Shahbazian-Yassar y sus colegas sabían que las hojas de grafeno son impermeables a los átomos de oxígeno. El grafeno también es fuerte, flexible y puede fabricarse para ser eléctricamente conductor. Shahbazian-Yassar y Soroosh Sharifi-Asl, un estudiante graduado en ingeniería mecánica e industrial en la UIC y autor principal del artículo, pensaron que si envolvían partículas muy pequeñas del cátodo de óxido de cobalto y litio de una batería de litio en grafeno, esto podría prevenir El oxígeno se escapa.
En primer lugar, los investigadores modificaron químicamente el grafeno para que sea eléctricamente conductor. A continuación, envolvieron las diminutas partículas de electrodo de cátodo de óxido de cobalto de litio en el grafeno conductor.
Cuando observaron las partículas de óxido de cobalto de litio envueltas en grafeno utilizando microscopía electrónica, vieron que la liberación de oxígeno a altas temperaturas se reducía significativamente en comparación con las partículas no envueltas.
Luego, unieron las partículas envueltas con un material de unión para formar un cátodo utilizable, y lo incorporaron a una batería de metal de litio. Cuando midieron el oxígeno liberado durante el ciclo de la batería, casi no vieron escape de oxígeno de los cátodos, incluso a muy altos voltajes. La batería de metal de litio continuó funcionando bien incluso después de 200 ciclos.
«La batería de cátodo envuelta perdió solo alrededor del 14% de su capacidad después de un ciclo rápido en comparación con una batería de metal de litio convencional donde el rendimiento disminuyó alrededor de un 45% en las mismas condiciones«, dijo Sharifi-Asl.
«El grafeno es el material ideal para bloquear la liberación de oxígeno en el electrolito«, dijo Shahbazian-Yassar. «Es impermeable al oxígeno, eléctricamente conductor, flexible y es lo suficientemente fuerte como para soportar las condiciones dentro de la batería. Tiene solo unos pocos nanómetros de espesor, por lo que no se agregaría una masa adicional a la batería . Nuestra investigación muestra que su uso en el El cátodo puede reducir de manera confiable la liberación de oxígeno y podría ser una forma de reducir el riesgo de incendio en estas baterías, que alimenta todo, desde nuestros teléfonos a nuestros autos«.
Via: https://phys.org/news/2019-04-graphene-coating-lithium-battery.html
