Investigadores del MIT han descubierto que las baterías de iones de litio emiten sonidos que pueden indicar procesos de degradación y fallos inminentes. Este avance permite desarrollar dispositivos pasivos y no destructivos para monitorear la salud de las baterías en tiempo real, lo que podría mejorar la seguridad y prolongar su vida útil. Al correlacionar patrones acústicos con reacciones internas, el equipo ha creado un método eficiente para detectar problemas como la generación de gas y fracturas en los materiales. Los hallazgos, publicados en la revista Joule, podrían revolucionar el control de calidad en la fabricación de baterías y ofrecer herramientas valiosas para la investigación y desarrollo de nuevos materiales.
Recientes hallazgos en el campo de la ingeniería química han abierto nuevas posibilidades para el monitoreo de baterías, particularmente en lo que respecta a su formación y degradación. Investigadores del Departamento de Ingeniería Química del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) han logrado correlacionar patrones sonoros específicos con procesos de degradación dentro de las celdas de baterías de iones de litio. Estos descubrimientos podrían facilitar la creación de dispositivos pasivos y no destructivos que permitan supervisar continuamente la salud de los sistemas de baterías, como los utilizados en vehículos eléctricos o instalaciones de almacenamiento a gran escala.
Los investigadores publicaron sus hallazgos el 5 de septiembre en la revista Joule. El equipo estuvo compuesto por estudiantes graduados Yash Samantaray y Alexander Cohen, el ex-investigador Daniel Cogswell, y el profesor Martin Z. Bazant. Según Bazant, su estudio ha permitido «decodificar las emisiones acústicas» producidas por las baterías, clasificándolas según su origen: burbujas de gas generadas por reacciones secundarias o fracturas provocadas por la expansión y contracción del material activo.
Monitoreo no destructivo y eficiente
Samantaray enfatiza que el objetivo principal es investigar los mecanismos internos de las baterías mientras están en funcionamiento, sin causarles daño. A diferencia de otros métodos existentes que suelen ser costosos e incompatibles con el formato normal de las baterías, este nuevo enfoque combina pruebas electroquímicas con grabaciones acústicas bajo condiciones reales de carga y descarga. Esta metodología ha permitido desarrollar un método eficaz y económico para entender la generación de gas y la fractura del material.
La generación de gas y las fracturas son dos mecanismos primarios que conducen a la degradación y falla en las baterías. Por lo tanto, poder detectar estos procesos simplemente al monitorear los sonidos emitidos por las baterías representa una herramienta significativa para quienes gestionan sistemas de baterías. Hasta ahora, se habían utilizado enfoques que solo registraban sonidos cuando superaban ciertos umbrales; sin embargo, este nuevo trabajo permite correlacionar simultáneamente datos acústicos con información sobre voltaje y corriente.
Aplicaciones futuras en seguridad y calidad
El análisis detallado incluye transformadas wavelet que codifican frecuencia y duración, permitiendo extraer firmas distintivas incluso del ruido ambiental. Bazant señala que estas emisiones acústicas son comunes en ingeniería para monitorear estructuras como puentes ante fallos incipientes. En el caso específico de las baterías, este enfoque ofrece una nueva ventana para evaluar su estado general, incluyendo vida útil restante y aspectos relacionados con la seguridad.
Un aspecto crucial es que estas emisiones pueden servir como advertencia temprana ante situaciones críticas como el «thermal runaway», un fenómeno peligroso que puede provocar incendios si no se detecta a tiempo. La investigación sugiere que los sonidos pueden identificar la generación de gas antes del inicio de combustión, similar a observar burbujas pequeñas en agua caliente antes de que hierva.
Desarrollo práctico y control de calidad
El siguiente paso consiste en utilizar este conocimiento para desarrollar un sistema práctico e económico para monitorear baterías. El equipo ya cuenta con un financiamiento otorgado por Tata Motors para crear un sistema destinado a sus vehículos eléctricos. Con esta nueva comprensión, se espera mejorar la correlación entre los sonidos detectados y la salud general del sistema.
Además, esta tecnología podría tener aplicaciones significativas en el control de calidad durante la fabricación de baterías. Según Bazant, uno de los procesos más costosos es el ciclo de formación, donde se producen reacciones químicas que liberan gas. Detectar estas firmas desde etapas tempranas podría facilitar la identificación rápida entre celdas bien formadas y aquellas defectuosas.
Este trabajo ha sido respaldado por varias instituciones como el Toyota Research Institute y el Centro para la Sostenibilidad de Baterías, utilizando las instalaciones avanzadas del MIT.nano.
Fuente: zonamovilidad.es