El desbordamiento térmico ha asolado el sector de las baterías de iones de litio desde sus inicios. Aunque las medidas para mitigar los riesgos de seguridad han ido avanzando por el camino, hasta llegar a un punto muy alto en la actualidad, los «eventos térmicos» -que generan gas y pueden llegar a la combustión total- no se han erradicado definitivamente.
Ahora, la surcoreana LG Chem afirma haber encontrado una solución a este viejo problema. El conglomerado anunció el martes que su equipo de I+D de Tecnología de Plataformas ha desarrollado una capa reforzada de seguridad (SRL) sensible a la temperatura, un material que describe como capaz de suprimir el desbordamiento térmico.
El SRL es un material compuesto que cambia su resistencia eléctrica en función de la temperatura y actúa como un «fusible» que bloquea el flujo de electricidad en las primeras fases de sobrecalentamiento.
El material se presenta en forma de una fina capa de apenas 1 micrómetro (1μm) de grosor -aproximadamente una centésima parte del grosor de un cabello humano- situada entre la capa catódica y el colector de corriente (una lámina de aluminio que actúa como vía de electrones). Según LG Chem, cuando la temperatura de la batería supera el rango normal, entre 90 °C y 130 °C, el material reacciona al calor, altera su estructura molecular y suprime eficazmente el flujo de corriente.
El material se describe como altamente sensible a la temperatura, con un aumento de su resistencia eléctrica de 5.000 ohmios (Ω) por cada 1 °C de aumento de la temperatura. La resistencia máxima del material es más de 1.000 veces superior a la de temperaturas normales, y también presenta reversibilidad, lo que significa que la resistencia disminuye y vuelve a su estado original, permitiendo que la corriente vuelva a fluir con normalidad una vez que baja la temperatura.
Resultados de las pruebas
El equipo de I+D de Tecnología de Plataforma de LG Chem trabajó en colaboración con el equipo del profesor Lee Minah, del Departamento de Ingeniería de Baterías de POSTECH, para analizar el material. La verificación de la seguridad se llevó a cabo en colaboración con LG Energy Solution, la división de almacenamiento de baterías del conglomerado. Los resultados de la investigación se publicaron en línea en la edición de septiembre de Nature Communications.
En su comunicado, LG Chem ha informado de que, tanto en las pruebas de impacto como en las de penetración, las baterías equipadas con el material de supresión del desbordamiento térmico no se incendiaron en absoluto o extinguieron las llamas poco después de aparecer, impidiendo que se produjera un desbordamiento térmico en toda regla.
En una prueba de penetración de clavos con baterías móviles de óxido de cobalto y litio (LCO), sólo el 16% de las baterías normales no se incendiaron. Sin embargo, ninguna de las baterías con el material supresor de fugas térmicas experimentó ningún incidente de incendio.
En una prueba de impacto con baterías de níquel cobalto manganeso (NCM) para vehículos eléctricos, en la que se dejó caer un peso de 10 kilogramos sobre las baterías, todas las baterías normales se incendiaron. En cambio, el 70% de las baterías equipadas con el material supresor de fugas térmicas no se incendiaron en absoluto, mientras que en el 30% restante se produjeron llamas, pero se extinguieron en cuestión de segundos.
«Las pruebas de impacto realizadas con pilas de 3,4 Ah muestran que el SRL reduce las explosiones de las baterías del 63% al 10%», escriben los investigadores en su artículo.
Según LG Chem, los métodos anteriores que consistían en colocar materiales sensibles a la temperatura dentro de la celda de la batería solían plantear problemas de lentitud de reacción o reducción de la densidad energética. En cambio, el material recién desarrollado supera estas deficiencias y permite su rápida aplicación en procesos de producción en masa.
«Se trata de un logro tangible de la investigación que puede aplicarse a la producción en masa en poco tiempo. Mejoraremos la tecnología de seguridad para garantizar que los clientes puedan utilizar los vehículos eléctricos con confianza y contribuir a reforzar nuestra competitividad en el mercado de las baterías», declaró Lee Jong-Ku, director de tecnología de LG Chem.
En su artículo de investigación, los autores escriben que han demostrado la producción rollo a rollo de SLR en colectores actuales a un ritmo de 5 km al día.
LG Chem ha completado las pruebas de verificación de seguridad del material de supresión de fugas térmicas en baterías para móviles y tiene previsto continuar las pruebas de seguridad de las baterías de gran capacidad para vehículos eléctricos hasta el año que viene.
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