¿Cómo funcionan las baterías y por qué algunas explotan?
- Noviemdre 6, 2016
Xiaomi Mi4i después de un incidente con la batería.
Los incidentes con las baterías de los Samsung Galaxy Note 7 se han multiplicado en las últimas semanas, hasta tal punto que la compañía coreana ha detenido las ventas del smartphone a nivel global. En las últimas horas, Samsung también ha lanzado un comunicado aconsejando a los usuarios “apagar el dispositivo y dejar de usarlo”. Es más, hasta Oculus ha detenido el soporte Gear VR del Note 7 por seguridad.
El phablet coreano no es el único afectado (ni el primero) por el asunto de las baterías explosivas. Mientras que la velocidad de los procesadores se multiplica año tras año, las baterías apenas han duplicado su capacidad en la última década. Este desequilibrio entre tecnologías está causando problemas y, en este contexto, nos preguntamos: ¿Por qué explotan las baterías?
¿Qué son las baterías y cómo funcionan?
Las baterías son pequeños recipientes de energía química. Cuando uno de estos componentes se conecta a la red eléctrica, arranca una reacción química en el interior y se transfieren electrones desde el ánodo (polo positivo) hasta el cátodo (polo negativo). Una vez cargada, podrá alimentar un dispositivo hasta que se hayan transferido todos los electrones y un interruptor built-in la desconecte.
Las baterías cuentan con un ánodo, un cátodo y electrolitos, una sustancia que favorece la movilidad de los iones. Las baterías de litio, las más comunes en smartphones, integran un cátodo de óxido de metal de cobalto, níquel, manganeso o hierro y un ánodo de grafito que contiene iones de litio.
El funcionamiento de esta tecnología es muy simple, pero la química tiene sus limitaciones. Una batería puede generar tanta electricidad como energía puedan almacenar sus componentes químicos. Las de iones de litio tienen una densidad de energía cercana a los 150 Wh, un rendimiento que ha mejorado en los últimos 25 años pero que sigue limitado por el factor químico. Por lo tanto, la única manera de aumentar la capacidad de las baterías es mejorar su eficiencia energética y su tamaño.
Como sabemos, las baterías no son eternas. Con el tiempo, la reacción química que produce la electricidad desplaza las capas de litio internas, lo que aumenta su resistencia. Y cuanto mayor es la resistencia, más difícil le resultará mantener una tensión constante y, en consecuencia, la cantidad de energía que puede producir por carga disminuye.
¿Por qué explota una batería?
Las baterías de alta densidad a base de iones de litio ya son una realidad, pero se ha demostrado que no son suficientemente seguras. “Cuanta más energía se pone en una caja, más peligrosa será” dice Billy Wi, profesor de ingeniería del diseño en el Imperial College de Londres. “La gestión térmica es crucial. Si la batería se calienta a más de 80 grados se produce lo que se llama fuga térmica, donde los componentes empiezan a descomponerse y es cuando puede explotar”.
Ahora, los investigadores están trabajando para acercar el rendimiento de las baterías de iones de litio a sus límites teóricos. Por ejemplo, una batería que emplea óxido de manganeso y litio tiene una potencia teórica de 280 Wh, pero el producto final sólo alcanza los 150 Wh. Hay margen de mejora. Por otra parte, también se está experimentando con nuevos materiales, como el litio-azufre y el silicio-litio.
¿Cuál es el futuro de las baterías?
Las baterías de estado sólido, donde el electrolito se sustituye por una sustancia sólida, son las firmes candidatas a protagonizar el futuro, sobre todo porque son mucho más seguras. Este tipo de baterías pueden prescindir del ánodo de carbono poroso, por lo tanto se pueden eliminar componentes internos que no ayudan a generar energía. Las baterías de metal (con zinc, litio o aluminio) también son opciones prometedoras, pero según Wu tendremos que esperar 20 años para que lleguen al circuito comercial.
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