La batería en miniatura desbocada hace que las pruebas de seguridad sean más accesibles y asequibles

Detección de batería fugaz térmica. Crédito: Nature Energy (2025). https://doi.org/10.1038/s41560-025-01751-7

Las baterías sobrecalentadas son un riesgo grave, en los peores casos que conducen a incendios y explosiones. Un equipo que incluye investigadores de la Universidad de Tokio ha desarrollado un método simple y rentable para probar la seguridad de las baterías de iones de litio, lo que abre oportunidades para investigar las baterías nuevas y más seguras para el futuro. El trabajo se publica Nature Energy.

Los investigadores crearon una batería intencionalmente inestable que es más sensible a los cambios que podrían causar sobrecalentamiento. La batería es un 55 del tamaño de las baterías convencionales, por lo que es menos intensiva en recursos y las pruebas se pueden realizar en un entorno de laboratorio más pequeño.

Las noticias abundan en las baterías de iones de litio sobrecalentando, fumar o incluso explotar. Esto hace que las pruebas de seguridad sean una prioridad máxima tanto para los fabricantes como para los consumidores.

Cuando las baterías se someten a condiciones inusuales, como altas temperaturas, choque térmico, penetración, trituración, caída o vibración, se pueden activar reacciones de cadena química, lo que hace que la batería se caliente a una velocidad alarmante (potencialmente hasta varios miles de grados por minuto).

Este fenómeno, conocido como fugitivo térmico, puede conducir en última instancia a un incendio o explosión catastróficos. Para minimizar el riesgo de fugitivo térmico, se han sugerido varios métodos de prueba. Entre ellos, la prueba de calorimetría de la tasa de aceleración (ARC) proporciona datos cuantitativos, incluida la temperatura de inicio de la autoadización de la batería y la fugitiva térmica, y la generación de calor relacionada. Sin embargo, esta prueba es peligrosa y costosa.

“Los métodos actuales de prueba de seguridad dependen de baterías de gran capacidad y escala comercial, que requieren recursos materiales sustanciales, procesos de fabricación complejos y estrictos estándares a prueba de explosiones”, explicó el profesor Atsuo Yamada de la Escuela de Ingeniería Graduada.

“Esto hace que las pruebas fugitivas térmicas sean inaccesibles para la mayoría de las instituciones académicas y de investigación, limitando significativamente el desarrollo de baterías de próxima generación más seguras y avanzadas”.

Para superar esta limitación, un equipo de la Universidad de Tokio y el Instituto Nacional de Ciencias de los Materiales de Japón ha desarrollado un método innovador para evaluar el fugitivo térmico mediante el diseño de una mini batería intencionalmente más propensa a la fuga térmica (y, por lo tanto, más peligrosa).

También crearon una ecuación simple, que incorpora datos sobre la acumulación y disipación de calor de la batería, por lo que podrían calcular lo que denominaban el factor fugitivo térmico (TRF).

“Desarrollar una batería que era intencionalmente peligrosa era la clave. Según TRF, las baterías generan más calor con mayor energía, mayor de volumen a superficie (V/S) relaciones y mayores capacidades de calor específicas (la cantidad de calor requerida para elevar la temperatura de un gramo de batería en un grado Celsius) de sus materiales”, explicó Yamada.

“Dado que el aumento de la capacidad de la batería no era factible para las pruebas a pequeña escala, nos centramos en reducir la capacidad de liberación de calor al aumentar la relación V/S, minimizar el uso de materiales de capacidad térmica específicos y eliminar componentes no generadores de calor como la caja de batería externa”.

Con solo un y 50º del tamaño de las baterías convencionales, este diseño estratégico reduce significativamente las materias primas necesarias para las pruebas de arco, al tiempo que mejora la sensibilidad de detección de la fugación térmica. Su tamaño compacto permite pruebas controladas de pequeña escala en un laboratorio, minimizando el riesgo incluso en caso de fugitivo térmico.

“Descubrimos que aplicar nuestro método hace posible detectar los efectos de varios factores relacionados con la seguridad de la batería, como los materiales constituyentes de la batería, los factores de diseño, las condiciones de almacenamiento y el grado de deterioro”, dijo Yamada.

“Esto permite un cribado de seguridad rápido y la retroalimentación de la etapa temprana para el diseño de la batería, y pueden ser utilizados por investigadores y fabricantes que se esfuerzan por mejorar la seguridad de la batería. En última instancia, esperamos que acelere la transición a una sociedad neutral en carbono”.

Más información: Seongjae Ko et al, detección rápida de seguridad realizada por la calorimetría de la tasa de aceleración con baterías pequeñas a escala de laboratorio. Energía de la naturaleza (2025). Doi: 10.1038/s41560-025-01751-7. www.nature.com/articles/s41560-025-01751-7

Proporcionado por la Universidad de Tokio

Cita: Dangerous por diseño: la batería en miniatura fugitiva hace que las pruebas de seguridad sean más accesibles y asequibles (2025, 3 de abril) Recuperado el 3 de abril de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-04-dangerouse-runaway-niature-battery-safety.html

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