Los pros y los contras de las baterías de iones de litio
La batería de iones de litio es una de las más eficientes del mundo. Muchos de los productos en los que confiamos utilizan baterías de iones de litio. Desde nuestros teléfonos inteligentes hasta nuestras computadoras portátiles e incluso herramientas eléctricas industriales, la batería de iones de litio permite que estos productos y más duren más. Es importante informarnos sobre estos productos y su seguridad.
En los últimos años, ha habido informes de productos que incluyen la falla de la batería de iones de litio. La batería provocó un sobrecalentamiento, un incendio y, en algunos incidentes, explotó. Naturalmente, estos incidentes levantaron las cejas. Pero, es importante entender por qué estos riesgos se cumplieron.
Uno de los retiros de productos más famosos debido al mal funcionamiento de la batería fue el Galaxy Note 7 de Samsung. Con 100 incidentes peligrosos, se retiraron 2.5 millones de teléfonos inteligentes en todo el mundo. En algunos casos, la falla de la batería hizo que el teléfono explotara, lo que resultó en lesiones. ¿Entonces qué pasó?
De acuerdo con un artículo en Con conexión de cable, “El sobrecalentamiento fue causado por problemas separados en baterías de dos proveedores diferentes. . . [En] Samsung SDI, no había suficiente espacio entre la bolsa protectora termosellada alrededor de la batería y sus partes internas ”, lo que provocó un cortocircuito. Y, “en el caso de las baterías de Amperex Technology Limited, a algunas celdas les faltaba cinta aislante. . . Las baterías también tenían separadores delgados en general, lo que aumentaba los riesgos de daños y cortocircuitos en el separador ”.
Desde el retiro del Galaxy Note 7, Samsung realizó muchas pruebas para asegurarse de que sus teléfonos se mantengan seguros, pero este retiro demostró que cuanto más sepa sobre los riesgos potenciales, mejor podrá prepararse y comprender las posibles señales de advertencia.
Una cosa a entender acerca de las baterías de iones de litio es que necesita protección. Y, los sistemas de gestión de batería (BMS) harán exactamente eso. Se usa un BMS para monitorear y proteger las baterías de iones de litio para el voltaje de cada celda individual, protección térmica, sobrecorriente, balance de celda y detección de fallas. Por un informe de Soluciones Dfr, están diseñados para detener toda la corriente de carga y descarga si lo considera necesario, lo que puede ayudar a prevenir o contener un evento de fuga térmica. Por lo tanto, el BMS debe estar correctamente diseñado, integrado e instalado para hacer su trabajo y proporcionar la protección adecuada.
Hay muchos tipos de fallas que pueden contribuir a un evento de fuga térmica (TRE), que es una reacción química y / o cortocircuitos dentro de la célula causada por un aumento de la temperatura. Una vez que esto se inicia, es como un efecto dominó, el calor continúa intensificándose hasta que no queda nada ante lo que reaccionar. Según un estudio en el Journal of Power Sources, "'fracaso' tiene múltiples definiciones en diversas situaciones. . . Una descripción de la falla supone que la falla solo depende de las variables de condición. Una vez que la variable de condición excede un umbral predeterminado, se produce una falla. Otras definiciones de falla se juzgan por criterios como el desempeño (desempeño en un nivel insatisfactorio), funcionalidad (incapaz de realizar una función específica) y disponibilidad (la máquina se descompone) ”(Zhang, 6008). Esto significa que el problema podría ser el sobrecalentamiento, la sobrecarga y la contaminación química y metálica que ha llamado más la atención sobre el calor, lo que podría causar un incendio o una explosión.
Las baterías de iones de litio deben protegerse. De acuerdo a Ciencia, "Para una operación segura, los fabricantes equipan los paquetes de baterías de iones de litio con un circuito de protección, que limita el voltaje de la celda durante la carga y descarga a un rango seguro específico". Una carcasa protectora alrededor de la batería de iones de litio en sí misma ayuda a prevenir daños al producto y puede ayudar a prevenir posibles lesiones si se produjera un evento de fuga térmica.
Las baterías de iones de litio tienen riesgos, pero su valor y propósito tienen muchos beneficios. Tienen una increíble cantidad de energía en un paquete pequeño que puede alimentar automóviles eléctricos, herramientas industriales y herramientas y equipos de seguridad que utilizan los equipos de primeros auxilios que salvan vidas todos los días.
Hay muchos beneficios obvios al usar baterías de iones de litio. Son portátiles / inalámbricos, recargables, duraderos y livianos. Tienen la mejor densidad de almacenamiento de energía que cualquier otra batería.
Los riesgos potenciales que pueden ocurrir son incidentes impredecibles que pesan en las estadísticas. Son un producto de la ciencia, y los riesgos deben planificarse.
El profesor John Goodenough de la Universidad de Texas en Austin es el co-inventor de la nueva batería de iones de litio. Goodenough explica: “Los incendios o las explosiones son posibles, pero no comunes. . . Algunas fallas no se informan ampliamente si nadie resulta herido o hay poca pérdida financiera, pero siempre existe un peligro potencial con un electrolito líquido inflamable ”.
Pero, la investigación y el desarrollo continúan asegurándose de que esta batería eficiente y de alto funcionamiento sea segura. “Estamos desarrollando celdas de batería con un electrolito sólido que evita estos problemas. Utilizamos un electrolito de vidrio único y notable. Todos los demás electrolitos sólidos tienen un animista de conductividad catiónica demasiado bajo para funcionar por encima de 50 centígrados, podemos ir por debajo de menos 20 centígrados ”, explica el profesor Goodenough.
RAMFAN fabrica equipos portátiles de ventilación para la industria de bomberos, sitios industriales, la Marina y más. Su equipo está hecho para mantener a las personas a salvo de posibles peligros. Las baterías de iones de litio son su principal fuente de energía para mantener sus productos avanzados y duraderos. Los ingenieros de diseño toman muchas precauciones de seguridad para asegurarse de que los paquetes de baterías no solo estén hechos para durar, sino también para mantener seguros al operador y al equipo.
Scott Carroll es ingeniero de diseño con RAMFAN. Ha estado diseñando sistemas de carga de baterías de iones de litio desde 2008. A lo largo de los últimos diez años y toneladas de educación, ha aprendido que al abordar el diseño de una batería de iones de litio debe ser consciente de la presión de gestión térmica. "Dejamos que se expandan lentamente a través de una ventilación, de lo contrario: ¡BOOM!" Carroll explica. Continúa explicando que la ventilación en el paquete de baterías de protección es muy importante. No permite que las toxinas de lo que se está formando dentro de la batería salgan a la ventilación del ventilador; Las toxinas se liberan en una atmósfera abierta.
Otra precaución de seguridad que aborda RAMFAN es asegurarse de que las baterías protectoras sean impermeables. Dentro de la batería hay un IP67: "IP", que significa Protección de ingreso; "67" significa que es sumergible. El IP67 protege el sistema de administración de la batería, que monitorea la batería de iones de litio. Si el agua golpea el BMS, pueden surgir muchos de los riesgos potenciales discutidos anteriormente. Y, como Carroll mencionó antes, "¡BOOM!" También explica que hay una válvula de compensación de presión en la batería que asegura que la presión sea la misma en el interior y en el exterior para ayudar a prevenir fallas.
RAMFAN tomará tantas medidas de precaución como sea necesario para asegurarse de que sus baterías de iones de litio estén protegidas y configuradas para el éxito. Su equipo de seguridad está hecho específicamente para personas con trabajos de alta presión, por lo que se propusieron asegurarse de que sus productos estén preparados para la tarea.
La batería de iones de litio es un gran activo para nuestros productos, pero es importante comprender por qué ha habido incidentes que nos hacen cuestionar su riesgo. Los eventos de fuga térmica no son comunes, pero han sucedido. Son impredecibles, pero el riesgo de explosión o incendio puede evitarse con cubiertas protectoras, un sistema de gestión de la batería y el cuidado del producto.
Referencia:
Zhang, Jingliang y Jay Lee. "Una revisión sobre el pronóstico y el control de la salud de la batería de iones de litio". Journal of Power Sources, vol. 196, no. 15, 2011, págs. 6007–6014., Doi: 10.1016 / j.jpowsour.2011.03.101
Por Laura Canepa
