El nuevo sensor podría ayudar a prevenir los incendios de baterías y explosiones de iones de litio.
El proceso de detección de COF para la adsorción selectiva de vapor de carbonato de etileno, utilizando un método asistido por computación. Crédito: Zhao et al y ACS Materiales e interfaces aplicados
Los investigadores han desarrollado nuevas tecnologías para detectar fugas de gas peligrosas en baterías de iones de litio
Con las baterías de iones de litio que alimentan todo, desde teléfonos inteligentes hasta vehículos eléctricos, la seguridad se ha convertido en una preocupación significativa. Si bien estas baterías son eficientes y duraderas, los resultados pueden ser catastróficos cuando algo sale mal.
Este problema se ha vuelto aún más apremiante con el aumento de los vehículos eléctricos: solo en 2021, más de 20 incendios o explosiones en vehículos eléctricos en todo el mundo estaban vinculados a fallas en la batería de iones de litio.
En un estudio publicado en ACS Applied Materials & Interfaces, los investigadores han desarrollado un nuevo sensor que podría ayudar a prevenir estos incidentes peligrosos.
Crecientes riesgos de seguridad
“Las baterías de iones de litio están en todas partes”, dice el autor principal del estudio Liangdan Zhao, Ph.D. Estudiante de la Universidad Xi’an Jiaotong-Liverpool (XJTlu), China, y la Universidad de Liverpool, Reino Unido. “Alimentan todo, desde teléfonos inteligentes y computadoras portátiles hasta vehículos eléctricos, aplicaciones militares y más allá. Mientras ofrecen una alta densidad de energía y una larga vida útil, también vienen con grandes riesgos de seguridad”.
Cuando las celdas de la batería se sobrecalentan o están dañadas, se pueden liberar vapores de electrolitos volátiles y pueden encenderse, activando incendios o explosiones. En consecuencia, existe una necesidad urgente de desarrollar sensores de gas que no solo sean altamente sensibles y selectivos, sino que también de bajo costo, fácilmente integrado y eficiente en energía.
“Nuestra investigación está motivada por este desafío de seguridad crítico”, explica Zhao. “Al centrarnos en la detección temprana de la fuga de electrolitos, nuestro objetivo es contribuir a los sistemas de gestión de baterías más seguros, evitando potencialmente fallas catastróficas y mejorando la confiabilidad general de las tecnologías de batería de iones de litio”.
Detección temprana de fugas de gas
El nuevo sensor detecta pequeñas cantidades de vapor de carbonato de etileno (EC), un componente clave del electrolito de una batería, que puede marcar las fallas potenciales de la batería antes de que se conviertan en desastres.
Los investigadores desarrollaron el sensor de gases altamente sensible y rentable utilizando marcos orgánicos covalentes (COF), estructuras moleculares que se pueden diseñar para detectar selectivamente gases específicos. Esta es la primera vez que el diseño guiado computacionalmente de un sensor basado en COF se ha utilizado específicamente para la detección de la CE.
“Proyectamos cientos de materiales potenciales utilizando métodos computacionales antes de identificar COF-QA-4 como el mejor candidato”, dice Zhao. “Es altamente sensible y selectivo, apuntando al gas dañino de la CE mientras ignora otros vapores. El sensor puede detectar fugas mucho antes de que se vuelvan peligrosas”.
El sensor ha mostrado un rendimiento notable en las pruebas de laboratorio, capaz de detectar vapor EC a concentraciones tan bajas como 1.15 partes por millón (ppm).
Mejora de la seguridad en todas las industrias
Los investigadores dicen que el impacto potencial del sensor se extiende mucho más allá de los vehículos eléctricos. También podría integrarse en los sistemas de gestión de baterías en dispositivos domésticos inteligentes y sistemas de seguridad industrial, proporcionando alertas en tiempo real sobre fugas de gas peligrosas y ofreciendo un sistema de advertencia temprana que podría evitar accidentes catastróficos.
“Al incorporar este sensor en los sistemas existentes, los fabricantes pueden tomar medidas proactivas para evitar situaciones peligrosas”, dice Zhao. “Esto podría salvar vidas y proteger la propiedad detectando fallas potenciales mucho antes de que se intensifiquen”.
La investigación fue supervisada por el Dr. Lifeng Ding y el Dr. Qiuchen Dong, ambos de XJTlu.
Más información: Liangdan Zhao et al, detección computacional que guía el desarrollo de un sensor de gas de marco orgánico covalente para la detección temprana de la fuga de electrolitos de la batería de iones de litio, materiales e interfaces ACS aplicadas (2025). Doi: 10.1021/acsami.4c19321
Proporcionado por la Universidad Xi’an Jiaotong-Liverpool
Cita: El nuevo sensor podría ayudar a prevenir los incendios y explosiones de baterías de iones de litio (2025, 21 de marzo) recuperado el 22 de marzo de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-03-sensor-lithium-ion-battery-explosions.html
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