Un sistema para vigilar en tiempo real la seguridad de las baterías de iones de litio podría marcar un antes y un después en la prevención de incendios y explosiones en vehículos eléctricos y sistemas de almacenamiento renovable. La investigación, desarrollada en la Universidad Pública de Navarra, plantea una metodología capaz de anticipar fallos críticos antes de que se produzcan.
El trabajo introduce un nuevo indicador denominado “State of Safety” (SOS), orientado a detectar situaciones de riesgo con margen suficiente para evitar la temida fuga térmica. En un contexto donde el 90 % de la demanda de estas baterías ya procede del sector energético, la seguridad se convierte en el gran desafío tecnológico.
Sistema para vigilar en tiempo real la seguridad de las baterías de iones de litio frente a la fuga térmica
Una tesis pionera en la UPNA propone un indicador capaz de anticipar la fuga térmica en coches eléctricos y sistemas de almacenamiento energético.
El indicador SOS para anticipar incendios y explosiones
Una investigación realizada por el ingeniero industrial pamplonés Iñaki Lalinde porpone un sistema para vigilar en tiempo real la seguridad de las baterías de iones de litio.
Estas baterías de iones de litio, presentes en aplicaciones como los vehículos eléctricos y los sistemas de almacenamiento de energías renovables, pueden sufrir un fallo crítico conocido como fuga térmica (“thermal runaway”), que podría acabar provocando un incendio o una explosión.
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Por ello, la tesis doctoral de Lalinde (Pamplona, 1997), defendida en la Universidad Pública de Navarra (UPNA), concluye que es posible anticipar dichas situaciones si se definen de forma sistemática las fases por las que atraviesa una batería cuando se aleja de sus condiciones normales de funcionamiento y si se emplean indicadores adecuados para reconocer, con suficiente margen, que el sistema está entrando en una zona peligrosa.
Con ese objetivo, el trabajo, realizado en colaboración con la empresa Ingeteam, desarrolla una metodología basada en “áreas de abuso” y plantea un indicador del estado de seguridad (“State of Safety”, SOS), orientado a la monitorización en tiempo real y actualmente en estudio de patentabilidad.
La UPNA explica en una nota que las baterías son dispositivos diseñados para almacenar energía eléctrica y entregarla cuando se necesita. En una batería recargable, como las de iones de litio, ese almacenamiento se realiza mediante procesos electroquímicos reversibles: la energía se guarda en forma química al cargarla y se convierte de nuevo en electricidad al descargarse.
Esta capacidad explica su expansión desde la electrónica portátil hacia usos de mayor escala vinculados a la transición energética. De hecho, cerca del 90 % de la demanda global de baterías de iones de litio procede ya del sector energético, según el autor.
Un sistema para vigilar en tiempo real la seguridad de las baterías de iones de litio anticipa incendios
En este contexto, las baterías de iones de litio se han consolidado, en palabras del investigador, como “la tecnología de almacenamiento predominante tanto en movilidad eléctrica como en almacenamiento estacionario, es decir, baterías instaladas en un lugar fijo”.
“A pesar de sus numerosas ventajas, la seguridad sigue siendo el principal desafío por resolver. Fallos asociados al fenómeno del ‘thermal runaway’ pueden provocar la destrucción total de la batería y generar situaciones de peligro, como incendios o explosiones. Estos riesgos representan una barrera crítica para la consolidación definitiva de esta tecnología como una solución de almacenamiento de energía fiable y segura”, añade Lalinde.
La fuga térmica o “thermal runaway” consiste en un proceso que se alimenta a sí mismo y se produce cuando una batería opera fuera de sus condiciones normales o sufre un fallo interno. Como consecuencia, se inician reacciones químicas que generan calor en su interior y ese calor desencadena nuevas reacciones que terminan provocando un aumento brusco y descontrolado de la temperatura.
En ese escenario, pueden liberarse gases tóxicos e inflamables y, en el peor de los casos, producirse un incendio o una explosión.
Las baterías de iones de litio están diseñadas para operar dentro de rangos seguros de temperatura, tensión y corriente; si se superan, pueden iniciarse reacciones químicas internas no deseadas que reducen el rendimiento, aceleran la degradación y, en casos extremos, desencadenan la fuga térmica.
Ensayos pioneros en la UPNA
A partir de un estudio sobre este fenómeno, la investigación ha constado de una fase experimental desarrollada en el Laboratorio de Almacenamiento de Energía y Microrredes de la UPNA, mediante ensayos de abuso sobre baterías de iones de litio.
“Esta tesis es pionera en la UPNA, ya que es la primera vez que se realizan ensayos destructivos en baterías de iones de litio en la Universidad«, afirma Iñaki Lalinde, quien explica que estos ensayos se han centrado principalmente en analizar el comportamiento de las baterías frente a situaciones de sobrecalentamiento y sobrecarga bajo diferentes condiciones de operación.
Uno de los resultados principales de la tesis es el desarrollo de una metodología de caracterización de la seguridad basada en la identificación de distintas “áreas de abuso”, como las califica su autor.
“Estas áreas describen las diferentes fases por las que pasa una batería cuando se aleja de sus condiciones normales de funcionamiento, desde un estado seguro, pasando por zonas de degradación acelerada o generación y liberación de gases, hasta llegar al ‘thermal runaway’», describe.
Esta metodología permite analizar y comparar de forma sistemática la seguridad de distintas tecnologías de baterías y comprender mejor en qué momento empiezan a aparecer situaciones de riesgo.
Sobre esa caracterización por “áreas de abuso”, el trabajo desarrolla una metodología para estimar el estado de seguridad de las baterías de iones de litio (“State of Safety”, SOS), un indicador orientado a la monitorización en tiempo real de la seguridad. La propuesta busca identificar situaciones de abuso y peligro con antelación respecto al inicio de la fuga térmica.
Desarrollan sistema para vigilar en tiempo real la seguridad de las baterías de iones de litio
Además, la tesis analiza distintos indicadores para la detección temprana del “thermal runaway”, como la temperatura, la tensión, la resistencia interna, la impedancia electroquímica (la oposición interna al paso de la corriente), la detección de gases liberados por la batería o su deformación física.
“Los resultados muestran que algunos de estos parámetros son más fiables que otros en función del tipo y evolución del abuso, y permiten detectar situaciones peligrosas antes de que se produzca un fallo catastrófico, lo que abre la puerta al desarrollo de sistemas de monitorización más avanzados y fiables”, señala.
En el último año de la tesis, Iñaki Lalinde realizó una estancia internacional de investigación en Virtual Vehicle Research GmbH (Graz, Austria), un centro especializado en el vehículo eléctrico con un equipo preparado para la realización y el análisis de ensayos de abuso en baterías de iones de litio.
“Este trabajo realizado en Austria ha permitido aplicar los métodos desarrollados a lo largo de la tesis a baterías de mayor tamaño procedentes de vehículos eléctricos e identificar similitudes y diferencias en su comportamiento respecto a celdas de pequeño formato”, apunta el autor. Seguir leyendo en MOVILIDAD ELÉCTRICA.
