SamsungCristales microscópicos, detrás de los incendios de los móviles

Las baterías que dan vida a los móviles y otros dispositivos electrónicos pueden provocar sustos al incendiarse, explotar o las dos cosas, aunque no sea ni mucho menos lo normal. El último gran susto vino de la mano de un modelo de móvil de Samsung, que se retiró apenas lanzado por esta razón. La industria está investigando a toda velocidad con los científicos cómo evitarlo, para lo que es imprescindible conocer las causas lo mejor posible.

El problema afecta a las baterías de litio. Se puede decir que forma parte del rodaje de esta clase de baterías relativamente nuevas en el mercado de los productos de gran consumo, que se incluyen ya en casi todos los dispositivos electrónicos por sus prestaciones superiores a las de otras. Con el uso, o por un diseño o fabricación defectuoso, se producen unas formaciones –que los expertos llaman “dedos” o “dendritas” (por su forma similar a las extensiones de las neuronas)- que crecen desde el ánodo (donde están los átomos de litio cuando la batería está cargada) hacia el cátodo y pueden atravesar el separador y crear un cortocircuito. De ahí al calentamiento y posible combustión va un paso, debido a las características químicas de los elementos de una batería de litio.

Ahora, por primera vez se ha podido observar este fenómeno a escala atómica, un paso necesario para evitarlo o al menos evitar sus consecuencias. También es un avance hacia baterías que almacenen más carga y dejen de ser un obstáculo para, por ejemplo, la popularización del coche eléctrico. Una vez más se ha utilizado una técnica desarrollada para la ciencia básica. Es la microscopía electrónica criogénica, que permite obtener imágenes en 3D a escala atómica, obtuvo hace unas semanas el premio Nobel de Química y se basa en la congelación a muy baja temperatura de las muestras.

En este caso, las imágenes muestran que cada dendrita de litio metálico es un cristal perfecto, largo y de seis lados, muy diferente de cómo se ve con el microscopio electrónico, que la semidestruye al observarla a temperatura ambiente. “Con esta técnica podemos observar materiales frágiles e inestables químicamente, conservarlos tal como existen en la realidad y observarlos con alta resolución”, explica Yi Cui, catedrático que ha liderado el estudio. “En este caso lo hemos hecho con el litio pero se pueden observar igualmente otros componentes de baterías”.

El trabajo se ha hecho en el Laboratorio de Aceleradores SLAC y la Universidad de Stanford (Estados Unidos) y se publica en la revista Science. El equipo de Cui está estudiando junto con muchos otros, explica SLAC, formas de evitar el daño que causan las dendritas. Una posibilidad es cambiar la composición química del electrolito (la solución que rellena la batería) para que no se produzcan o se reduzcan estas formaciones, pero la investigación va más por hacer baterías inteligentes que detecten las dendritas y se autoapaguen antes de que se produzca el cortocircuito.

La avaricia rompe el saco, dicen el refrán. Mientras llega la superbatería, las empresas buscan pilas que carguen más rápidamente y ocupen menos. No todo es posible al mismo tiempo, como se están dando cuenta a costa de costosos tropezones como el reciente de Samsung. La formación de dendritas es un proceso acumulativo que se da sobre todo cuando la batería se está cargando y que depende también de la velocidad de carga. A mayor velocidad, más riesgo de formación, explica el experto David Sing. Además, las ventajas que tiene el litio van acompañadas de desventajas porque es un elemento muy reactivo de combustión espontánea si entra en contacto con el agua. Por eso, el electrolito no puede ser acuoso y los utilizados son altamente inflamables también.

Y ahora llegan los consejos. Mientras mejoran las baterías, con la ayuda de grandes inversiones en programas científicos como los que han financiado este estudio microscópico de las dendritas, los consejos de David Sing son pocos pero importantes. El primero y más obvio es no manipular las baterías ni mucho menos rajarlas o pincharlas, el segundo evitar que se calienten demasiado, dejando siempre aire alrededor del dispositivo cuando esté encendido, y el tercero no dejar los móviles cargando toda la noche, sobre todo si es en la mesilla de noche, ni más tiempo del necesario en general.

Por otra parte, en el estudio se han observado miles de dendritas expuestas a diversos tipos de electrolito, para ver no sólo la parte metálica sino también la capa externa que se forma al interactuar con el líquido, un fenómeno normal en cada carga y descarga de la batería, que influye en su eficiencia, su estabilidad y su duración. Sorprendentemente, las dendritas en electrolitos de carbonato tienen direcciones preferidas de crecimiento y también se ha podido ver cómo se distribuyen los átomos. “Esta herramienta nos permitirá entender el funcionamiento de los diferentes electrolitos y la causa de que unos lo hagan mejor que otros”, señalan el investigador Yanbin Li.