Alargan con calor la duración de una batería

Investigadores del Instituto de Tecnología de California, en Estados Unidos, han explorado en detalle cómo temperaturas más altas pueden alargar la vida útil de la batería. Con el tiempo, los electrodos dentro de una célula de una batería recargable pueden desarrollar diminutos filamentos ramificados llamados dendritas, causando cortocircuitos que matan la batería o incluso la inflaman en llamas, pero el nuevo trabajo revela, gracias a nuevos experimentos y simulaciones por ordenador, cómo el calor puede romper estas dentritas, informa Europa Press.

Una célula de batería consta de un electrodo positivo y uno negativo, llamados cátodo y ánodo. A medida que la batería produce corriente eléctrica, los electrones fluyen desde el ánodo a través de un circuito fuera de la batería y vuelven al cátodo. Tras haber perdido los electrones que están generando la corriente, algunos de los átomos en el ánodo --un metal eléctricamente conductor como el litio-- se convierten en iones que entonces se van al cátodo, moviéndose a través de un medio líquido conductor llamado electrolito.

La recarga de la batería invierte el proceso y los iones viajan hacia atrás y se pegan al ánodo, pero cuando lo hacen, los iones no se adhieren de manera uniforme, sino que forman protuberancias microscópicas que con el tiempo crecen en largas ramas después de varios ciclos de recarga. Cuando estas dendritas alcanzan y entran en contacto con el cátodo, forman un cortocircuito, porque la corriente eléctrica fluye a través de las dendritas en lugar del circuito externo, lo que hace que la batería sea inútil y muera.

La corriente también calienta las dendritas y como el electrolito tiende a ser inflamable, las dendritas pueden prenderse. Incluso si las dendritas no generan un cortocircuito en la batería, pueden desprenderse del ánodo por completo y flotar en el electrolito. De esta manera, el ánodo pierde el material y la batería no puede almacenar más energía.

«Las dendritas son peligrosas y reducen la capacidad de las baterías recargables», señala Asghar Aryanfar, científico de Caltech, quien dirigió el nuevo estudio que se publica esta semana en la portada de ‘The Journal of Chemical Physics’. Aunque los autores analizaron baterías de litio, que están entre la clase más eficiente, sus resultados pueden aplicarse ampliamente. «El problema de las dendritas es general para todas las baterías recargables», sentencia.

Los investigadores hicieron crecer dendritas de litio en una batería de prueba y las calentaron durante un par de días, detectando que las temperaturas de hasta 55 grados Celsius acortan las dendritas hasta un 36 por ciento. Para averiguar qué causó exactamente esta contracción, los expertos utilizaron una computadora para simular el efecto del calor sobre los átomos de litio individuales que componen una dendrita, que fue modelada con la geometría de una pirámide.

Las simulaciones mostraron que el incremento de las temperaturas activa los átomos para moverse de dos maneras. El átomo en la punta de la pirámide puede bajar a niveles inferiores o un átomo en un nivel inferior puede moverse y dejar atrás una vacante, que luego se llena con otro átomo. Los átomos se mezclan alrededor, generando suficiente movimiento para derrocar a la dendrita.

Al cuantificar la cantidad de energía que se necesita para cambiar la estructura de la dendrita, según Aryanfar, los científicos pueden entender mejor sus características estructurales. Aunque muchos factores afectan a la longevidad de una batería a altas temperaturas --como su tendencia a descargarse o la aparición de otras reacciones químicas--, este nuevo trabajo demuestra que para revitalizar una batería, basta con un poco de calor extra.

Europa Press