El desarrollo de baterías avanzadas y la optimización de su funcionamiento y seguridad podría obtenerse gracias a una nueva técnica que emplea resonancia magnética. Fuente: Wikimedia Commons.
Un grupo de especialistas ha logrado desarrollar un método que posibilita corregir problemas de funcionamiento interno en las baterías empleadas en dispositivos electrónicos portátiles y otros artefactos, gracias al uso de técnicas de resonancia magnética. El sistema, creado por los investigadores de la Cambridge University, la Stony Brook University y la New York University de Estados Unidos también puede ser muy útil para estudiar las variables que permiten un mejor rendimiento y óptimas condiciones de seguridad en estos dispositivos de almacenamiento energético.
Existe una necesidad cada vez mayor de desarrollar baterías avanzadas para dispositivos electrónicos portátiles, como por ejemplo teléfonos móviles, cámaras fotográficas y de video y reproductores de música, y también para vehículos con propulsión eléctrica y sistemas de distribución y almacenamiento de energía derivada de fuentes renovables.
Por esta razón, un grupo de ingenieros e investigadores de las universidades de Cambridge, Stony Brook y Nueva York han desarrollado una metodología basada en imágenes de resonancia magnética que podría significar un importante avance en este campo. La técnica ha sido descrita en un artículo publicado en la revista especializada Nature Materials, y en artículos de los medios especializados Physorg y Newswise.
El desarrollo de este mecanismo crea la posibilidad de mejorar el rendimiento de las baterías y su seguridad, al servir como un diagnóstico preciso de su funcionamiento interno. De esta forma, más allá de lograr corregir un problema concreto en una batería, el nuevo esquema podría facilitar la llegada de una nueva generación de baterías avanzadas.
Existe una necesidad cada vez mayor de desarrollar baterías avanzadas para dispositivos electrónicos portátiles, como por ejemplo teléfonos móviles, cámaras fotográficas y de video y reproductores de música, y también para vehículos con propulsión eléctrica y sistemas de distribución y almacenamiento de energía derivada de fuentes renovables.
Por esta razón, un grupo de ingenieros e investigadores de las universidades de Cambridge, Stony Brook y Nueva York han desarrollado una metodología basada en imágenes de resonancia magnética que podría significar un importante avance en este campo. La técnica ha sido descrita en un artículo publicado en la revista especializada Nature Materials, y en artículos de los medios especializados Physorg y Newswise.
El desarrollo de este mecanismo crea la posibilidad de mejorar el rendimiento de las baterías y su seguridad, al servir como un diagnóstico preciso de su funcionamiento interno. De esta forma, más allá de lograr corregir un problema concreto en una batería, el nuevo esquema podría facilitar la llegada de una nueva generación de baterías avanzadas.
Resonancia magnética y baterías
La resonancia magnética ha tenido un gran éxito en el campo de la medicina, en el que utiliza para la visualización de los trastornos y la evaluación de la respuesta del cuerpo a diferentes terapias. Sin embargo, la resonancia magnética no se usa habitualmente ante la presencia de una gran cantidad de metal, componente principal de muchas baterías.
Esto se debe a que las superficies conductoras bloquean eficazmente los campos de radiofrecuencia que se utilizan en resonancia magnética para ver detrás de las superficies o hacia el interior del cuerpo humano. Sin embargo, los investigadores a cargo de este trabajo pudieron superar esta limitación y transformarla en una virtud.
Aunque los campos de radiofrecuencia no penetran los metales, la realidad indica que es posible realizar mediciones muy sensibles en las superficies de los conductores. En el caso de las baterías de iones de litio, por ejemplo, el equipo de especialistas fue capaz de visualizar directamente la acumulación de depósitos de litio en los electrodos después de cargar la batería. Estos depósitos pueden desprenderse de la superficie, conduciendo con el tiempo al sobrecalentamiento de la batería y, en algunos casos, a su incendio o explosión.
La visualización de estos pequeños cambios en la superficie de los electrodos permite poner a prueba muchos diseños diferentes de baterías y materiales, bajo condiciones normales de funcionamiento. El trabajo ha sido fruto de una colaboración entre Clare Grey, directora asociada del Northeastern Center for Chemical Energy Storage y profesora en las universidades de Cambridge y Stony Brook, y Alexej Jerschow, profesor del Departamento de Química de la Universidad de Nueva York y director de un centro multidisciplinario de investigación y laboratorio de resonancia magnética.
La resonancia magnética ha tenido un gran éxito en el campo de la medicina, en el que utiliza para la visualización de los trastornos y la evaluación de la respuesta del cuerpo a diferentes terapias. Sin embargo, la resonancia magnética no se usa habitualmente ante la presencia de una gran cantidad de metal, componente principal de muchas baterías.
Esto se debe a que las superficies conductoras bloquean eficazmente los campos de radiofrecuencia que se utilizan en resonancia magnética para ver detrás de las superficies o hacia el interior del cuerpo humano. Sin embargo, los investigadores a cargo de este trabajo pudieron superar esta limitación y transformarla en una virtud.
Aunque los campos de radiofrecuencia no penetran los metales, la realidad indica que es posible realizar mediciones muy sensibles en las superficies de los conductores. En el caso de las baterías de iones de litio, por ejemplo, el equipo de especialistas fue capaz de visualizar directamente la acumulación de depósitos de litio en los electrodos después de cargar la batería. Estos depósitos pueden desprenderse de la superficie, conduciendo con el tiempo al sobrecalentamiento de la batería y, en algunos casos, a su incendio o explosión.
La visualización de estos pequeños cambios en la superficie de los electrodos permite poner a prueba muchos diseños diferentes de baterías y materiales, bajo condiciones normales de funcionamiento. El trabajo ha sido fruto de una colaboración entre Clare Grey, directora asociada del Northeastern Center for Chemical Energy Storage y profesora en las universidades de Cambridge y Stony Brook, y Alexej Jerschow, profesor del Departamento de Química de la Universidad de Nueva York y director de un centro multidisciplinario de investigación y laboratorio de resonancia magnética.
Amplio desarrollo futuro
Según Jerschow, el desarrollo de nuevos materiales para baterías es constante, y esta tecnología de resonancia magnética no invasiva podría ayudar a comprender los procesos microscópicos que se dan en ellas, y que son la clave para la fabricación de baterías más livianas, seguras y versátiles.
En el mismo sentido, Grey expresó que la resonancia magnética permite identificar las interacciones químicas en el interior de las baterías sin tener que desarmarlas, un procedimiento que claramente resulta perjudicial para el mismo propósito de optimizar su funcionamiento.
El desarrollo de la investigación ya permite usar el método para identificar los componentes dentro de las baterías, aunque todavía es necesario optimizar la resolución de las imágenes obtenidas, como así también extender el método a baterías de mayores dimensiones. Sin embargo, la información obtenida con estas mediciones no tiene precedentes, según los investigadores.
Todavía hay un largo camino por recorrer para lograr imágenes de mayor resolución y para obtenerlas con mayor rapidez, pero los especialistas coinciden en que este trabajo deja el campo abierto para aplicaciones futuras muy interesantes. Incluso se piensa que la técnica podría utilizarse para el estudio de las irregularidades y grietas en diferentes materiales. La investigación fue financiada por el Departamento de Energía de los Estados Unidos y la National Science Foundation.
Según Jerschow, el desarrollo de nuevos materiales para baterías es constante, y esta tecnología de resonancia magnética no invasiva podría ayudar a comprender los procesos microscópicos que se dan en ellas, y que son la clave para la fabricación de baterías más livianas, seguras y versátiles.
En el mismo sentido, Grey expresó que la resonancia magnética permite identificar las interacciones químicas en el interior de las baterías sin tener que desarmarlas, un procedimiento que claramente resulta perjudicial para el mismo propósito de optimizar su funcionamiento.
El desarrollo de la investigación ya permite usar el método para identificar los componentes dentro de las baterías, aunque todavía es necesario optimizar la resolución de las imágenes obtenidas, como así también extender el método a baterías de mayores dimensiones. Sin embargo, la información obtenida con estas mediciones no tiene precedentes, según los investigadores.
Todavía hay un largo camino por recorrer para lograr imágenes de mayor resolución y para obtenerlas con mayor rapidez, pero los especialistas coinciden en que este trabajo deja el campo abierto para aplicaciones futuras muy interesantes. Incluso se piensa que la técnica podría utilizarse para el estudio de las irregularidades y grietas en diferentes materiales. La investigación fue financiada por el Departamento de Energía de los Estados Unidos y la National Science Foundation.