Frente a este escenario, un equipo de investigadores en China ha desarrollado una estrategia de diseño que promete cambiar la forma en que se mitigan los riesgos térmicos en baterías sin comprometer el rendimiento. El trabajo, publicado en Nature Energy, describe un nuevo enfoque que logra reducir el aumento de temperatura a apenas 3,5 °C en pruebas de perforación, lo cual representa un avance significativo en seguridad.
Comprender la fuga térmica: una reacción en cadena
Para entender la magnitud de esta mejora, es importante visualizar qué ocurre dentro de una batería convencional cuando se desencadena una fuga térmica. Los electrolitos, que permiten el movimiento de iones entre el ánodo y el cátodo, contienen iones negativos (aniones) que, bajo ciertas condiciones, rompen sus enlaces con el litio, liberando una gran cantidad de calor.
Este calor alimenta nuevas reacciones químicas que a su vez liberan más energía, generando una escalada rápida e incontrolable de la temperatura. Es como si una chispa en una estufa se convirtiera en un incendio forestal en segundos. Por eso, cualquier medida que reduzca el inicio o la intensidad de este proceso es vital.
La estrategia del «relevo de solventes»
El equipo liderado por Yue Sun descubrió que una asociación particular entre iones en el electrolito puede influir directamente en la temperatura a la que se inicia la fuga térmica. Basándose en este hallazgo, desarrollaron una estrategia llamada «solvent-relay», que consiste en modificar la composición del solvente del electrolito para gestionar mejor el comportamiento de los iones a distintas temperaturas.
El nuevo diseño incorpora un componente llamado bis(fluorosulfonil)imida de litio, que no interfiere con la formación de la capa interfacial sólida (SEI) a temperatura ambiente —una función esencial para el funcionamiento normal de la batería—, pero que sí actúa a temperaturas elevadas impidiendo que los aniones se disocien y liberen calor. En otras palabras, este aditivo funciona como un sistema de freno automático que solo se activa cuando el calor amenaza con salirse de control.
Pruebas de seguridad que marcan la diferencia
Para comprobar la eficacia del diseño, se realizaron pruebas de perforación con clavos en celdas de 1,1 Ah con electrodos de grafito y NCM811, una combinación común en baterías de alto voltaje. En estas pruebas, las celdas con electrolito comercial mostraron un aumento de temperatura de más de 555 °C, mientras que las que incluían el nuevo diseño apenas alcanzaron los 3,5 °C. Esta diferencia drástica evidencia el potencial de esta tecnología para evitar incendios incluso en situaciones extremas.
Pero la seguridad no fue la única mejora observada. Las nuevas celdas también lograron mantener un 81,9 % de su capacidad tras 1.000 ciclos de carga y descarga, lo que equivale a unas 4.100 horas de uso, sin degradación significativa. Esto sugiere que es posible mejorar la seguridad sin sacrificar ni el rendimiento ni la durabilidad, algo que hasta ahora ha sido difícil de lograr en el desarrollo de baterías.
Implicaciones para el futuro de la electrificación
Este avance podría tener implicaciones muy concretas en sectores como el automotriz, donde las baterías de alta densidad energética y larga vida útil son fundamentales. Actualmente, los fabricantes deben implementar complejos sistemas de refrigeración y protección para evitar sobrecalentamientos. Si este nuevo diseño se adopta a gran escala, los costes de fabricación y mantenimiento podrían reducirse significativamente.
También podría beneficiar a productos de consumo cotidiano como portátiles, drones y herramientas eléctricas, donde la seguridad suele ser un tema sensible pero menos regulado. Pensar que un pequeño cambio en la composición química del electrolito puede marcar la diferencia entre un dispositivo seguro y uno con riesgo de incendio cambia la forma en que vemos la ingeniería de baterías.
Lo que sigue en la investigación
Aunque los resultados son prometedores, los investigadores aclaran que aún se requieren más pruebas para validar la estabilidad del nuevo diseño en distintos entornos y bajo condiciones variables. La implementación comercial también dependerá de la compatibilidad con los procesos de producción existentes y del coste de los nuevos componentes.
Sin embargo, el estudio sienta las bases para una nueva línea de investigación centrada en la modulación térmica a nivel molecular, algo que podría extenderse a otras tecnologías de baterías como las de estado sólido o las futuras baterías de sodio.
Con cada mejora incremental como esta, nos acercamos a un futuro más seguro y eficiente para la electrificación global.
☞ El artículo completo original de Natalia Polo lo puedes ver aquí
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