Los incendios de las baterías recargables suponen uno de los peligros más importantes de los vehículos eléctricos. Tanto, que muchas ciudades en España ya prohíben el uso de patinetes en el transporte público y algunas navieras no dejan que los coches con este tipo de propulsión embarquen en sus ferris. Los bomberos ya han dejado claro en más de una ocasión que les faltan medios y formación para lidiar con este tipo de fuegos que pueden ser tanto fortuitos como fruto de un accidente.
Ante este planteamiento, un grupo de científicos se puso manos a la obra hasta dar con la solución: una batería capaz de extinguir sus propios fuegos. En el estudio, recién publicado en Nature, describen un diseño de pila recargable que reemplaza el electrolito más utilizado —y que es altamente combustible— por compuestos "presentes en un extintor de incendios comercial".
"Un electrolito permite que los iones de litio que transportan una carga eléctrica se muevan a través de un separador entre los polos positivo y negativo", señalan dos de los autores en The Conversation. "Al modificar refrigerantes comerciales asequibles para que funcionen como electrolitos de batería, pudimos producir una batería que apaga su propio fuego".
Batería segura
Las altas temperaturas o los cambios extremos dentro de las baterías es uno de los vectores de riesgo de incendio más importantes. Las que están presenten en los coches eléctricos y en algunos dispositivos del día a día contienen, además, una formulación de electrolitos dominada por moléculas orgánicas que son altamente inflamables.
"Esto empeora el riesgo de fuga térmica, un proceso incontrolable en el que el exceso de calor dentro de una batería acelera reacciones químicas no deseadas", indican los científicos. Provocando a su vez más calor y el desencadenamiento de más reacciones. "La temperatura en el interior puede aumentar cientos de grados en un segundo, provocando un incendio o una explosión".
Tesla incendiándose en mitad de un parking
Otro problema de seguridad que han identificado los científicos ocurre cuando las baterías de iones de litio se cargan demasiado rápido. "Esto puede provocar reacciones químicas que producen agujas de litio muy afiladas, llamadas dendritas, en el polo negativo". Estas agujas pueden llegar a penetrar en el separador y alcanzar el otro electrodo, "provocando un cortocircuito interno en la batería y provocando sobrecalentamiento".
Para poner fin a todos estos escenarios antes de que se produzcan, el reemplazo de los electrolitos inflamables por un electrolito retardante puede ser determinante y evitar una desgracia mayor. Hace que "las baterías sean más seguras y se puede ganar tiempo para mejoras a largo plazo que reduzcan los riesgos inherentes de sobrecalentamiento y fuga térmica".
El enfoque de los científicos que han publicado el paper parte de la premisa de desarrollar un "electrolito que no fuera inflamable", aseguran. "Que transfiera fácilmente el calor del paquete de baterías, que pudiera funcionar en un amplio rango de temperaturas, que fuera muy duradero y que fuera compatible con cualquier química de batería".
Con toda esa receta de especificaciones se pusieron manos a la obra. Según explican, estuvieron evaluando otros disolventes orgánicos no inflamables, pero no inflamables pero en todos los casos contienen flúor y fósforo. Elementos muy caros de obtener y también dañinos para el medioambiente.
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Así que decidieron "adaptar refrigerantes comerciales" para que cumplieran todos los requerimientos. Este tipo de material cuenta con una gran disponibilidad en el mercado y, en algunos casos, incluso es respetuoso con el medioambiente. Se usan en extintores de incendios, pruebas electrónicas y aplicaciones de limpieza.
"Nos centramos en un fluido comercial maduro, seguro y asequible llamado Novec 7300". Tiene baja toxicidad, no es inflamable y no contribuye al calentamiento global. Apuntan a que combinaron este fluido con otros químicos que agregaron durabilidad y pudieron producir un electrolito usable.
Jaguar eléctrico pasto de las llamas
Una de las pruebas más importantes fue cuando atravesaron el dispositivo con un clavo. Se trata de un método común para evaluar la seguridad de las baterías de iones de litio para simular un cortocircuito interno. "Si se incendia, no pasa la prueba", explican. Las pilas desarrolladas resistieron el impacto sin prenderse fuego.
"Tenía las mismas características que buscábamos y permitía que una batería se cargara y descargara durante un año completo sin perder una capacidad significativa". Funcionó de forma correcta en un amplio rango de temperaturas —desde 75 bajo cero a 80 grados positivos—, transfirieron muy bien el calor generado y "extinguieron los incendios internos de forma efectiva".
Para todo tipo de baterías
El estudio de los investigadores se centró en baterías de iones de potasio, dado que el litio se está convirtiendo en un bien escaso en algunas partes del mundo y la industria de la energía ya se encuentra trabajando en otros materiales. Sin embargo, según explicaron, también han demostrado que el "electrolito funciona bien para fabricar baterías de iones de litio autoextinguibles".
"Queda por ver si nuestro electrolito puede funcionar igualmente bien para otros tipos de baterías que están en desarrollo", explican. Tales como las de iones de sodio, aluminio o zinc. "Nuestro objetivo es desarrollar baterías prácticas y respetuosas con el medioambiente y sostenibles, independientemente de su tipo de iones".
El electrolito alternativo ideado por los investigadores tiene propiedades similares a los electrolitos utilizados en la electrónica actual, por lo que abre la puerta a su integración en las líneas de producción. "Si la industria lo adopta, esperamos que las empresas puedan fabricar baterías no inflamables utilizando sus instalaciones existentes para las de iones de litio". Un punto clave que reduce al mínimo la inversión necesaria.