{{{sourceTextContent.title}}}

El nuevo polímero hace que las baterías sean autocurativas y reciclables

{{{sourceTextContent.subTitle}}}

Un electrolito sólido desarrollado por investigadores de la Universidad de Illinois podría resolver algunos de los problemas de las baterías de iones de litio.

{{{sourceTextContent.description}}}

Uno de los grandes problemas de los diseños actuales de las baterías de iones de litio es que los defectos en la batería pueden causar problemas eléctricos que conducen a explosiones e incendios. Debido a esto, los investigadores han estado tratando de encontrar maneras de evitar que estos defectos -llamados dendritas- se formen y también de ayudarlos a repararse a sí mismos si se forman.

Con este último fin, los investigadores de la Universidad de Illinois han desarrollado un nuevo electrolito sólido basado en polímeros que puede hacer precisamente eso. El electrolito, hecho de un polímero sólido en lugar de un material líquido, que es actualmente típico de este tipo de baterías, puede autocurarse después de un daño.

Las baterías diseñadas con este electrolito son más respetuosas con el medio ambiente, ya que el polímero puede reciclarse sin necesidad de utilizar productos químicos agresivos o altas temperaturas. "Cada vez que se puede hacer que algo se cure por sí mismo, significa que no hay que reemplazar las cosas tan a menudo, lo que ahorra tiempo, dinero y energía", dijo a Design News Christopher Evans, un profesor de ciencias de los materiales e ingeniería de la Universidad de Illinois que dirigió la investigación. "En las baterías, los fallos tienden a ser catastróficos y la batería deja de funcionar por completo. Nuestro objetivo era ser capaces de reiniciar esencialmente la batería después de haber dejado de funcionar."

Los investigadores han estado explorando durante algún tiempo el uso de polímeros sólidos conductores de iones como una opción para desarrollar electrolitos no líquidos, dijo Brian Jing, un graduado en ciencias de los materiales e ingeniería que trabajó con Evans en la investigación. Sin embargo, las altas temperaturas dentro de la batería tienden a derretir la mayoría de los polímeros, lo que resulta en la formación de dendritas y en una posible falla de la batería, dijo.

Abordar el problema

Para resolver este problema, los investigadores mejoraron el diseño anterior de los científicos que utiliza una red de filamentos de polímero que se reticulan para formar un conductor de litio gomoso. Esto puede retrasar el crecimiento de las dendritas, pero los materiales utilizados son demasiado complejos para ser recuperados o curados después de cualquier daño.

El equipo abordó este tema desarrollando un electrolito polimérico de red con un punto de enlace cruzado que puede intercambiar hebras de polímero en reacciones de intercambio, dijo Evans. A diferencia de los esfuerzos anteriores por utilizar polímeros lineales, estas redes en realidad se vuelven más rígidas al calentarse. "Diseñamos una red de polímeros capaz de reorganizar sus componentes", explicó Evans a Design News. "Estaba hecho de etilenglicol y ácido bórico, materiales que son abundantes y baratos. Los lazos que resultan pueden intercambiarse entre sí, por ejemplo, una cadena de etilenglicol puede desplazar a otra"

Este efecto puede potencialmente minimizar el problema de las dendritas, así como demuestra que tanto la conductividad como la rigidez aumentan con el calentamiento, algo que no se ve en los electrolitos de polímeros convencionales, dijo Jing. Las hebras de polímero también pueden descomponerse fácilmente y resolverse en una estructura en red después de un daño, dándoles su calidad de reciclables, así como restaurar la conductividad mediante la autocuración, añadió.

El camino a seguir

El equipo publicó un artículo sobre su trabajo en el Journal of the American Chemical Society.

Los investigadores probaron la conductividad del nuevo material y encontraron que su potencial como electrolito efectivo para baterías era prometedor; sin embargo, reconocieron que era necesario seguir investigando para que el electrolito fuera comparable en rendimiento a los que se utilizaban actualmente. Aún así, Evans dijo que aunque el material fue diseñado específicamente para baterías, también "podría aplicarse a cualquier sistema relevante de energía como las células de combustible o los supercapacitores donde la autocuración sería ventajosa"

El equipo planea continuar su trabajo para probar el electrolito en diversas condiciones y evaluar más a fondo sus posibles usos. "El siguiente paso es explorar nuevos productos químicos y enlaces para ver cómo pueden manejar ambientes húmedos o soluciones altamente ácidas/básicas para ampliar el alcance de las aplicaciones", dijo Evans.