Investigadores europeos, NREL y NASA revelan el camino hacia baterías de iones de litio aún más seguras

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Los científicos del Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL), que trabajan con investigadores de la NASA y en Europa, identificaron una solución para prevenir una peligrosa reacción en cadena en las baterías de iones de litio conocida como fuga térmica.

Una celda de alta densidad de energía, que se muestra aquí, mantiene su voltaje a pesar de haber sido perforada con un clavo.

“Es muy raro que las baterías fallen de manera catastrófica, pero cuando eso sucede, puede ser muy dañino”, dijo Donal Finegan, científico de planta de NREL cuyo trabajo implica mejorar la seguridad y el rendimiento de las baterías de iones de litio. “No solo por la seguridad y salud de las personas involucradas, sino también económicamente para una empresa”.

Finegan es coautor de un nuevo artículo sobre una solución al problema, “Prevención de la fuga térmica de baterías de iones de litio mediante colectores de corriente de sustrato de polímero. ” El artículo aparece en la revista. Informes celulares Ciencias físicas.

La mayoría de los casos de fugas térmicas se pueden atribuir a un cortocircuito interno. Ese corto genera una cantidad cada vez mayor de calor que puede provocar una falla en las baterías adyacentes y provocar incendios. Se ha demostrado que la temperatura dentro de la batería supera los 800 grados Celsius (1,472 grados Fahrenheit).

“Cuando una batería falla, falla muy rápidamente, por lo que puede pasar de estar completamente intacta a estar envuelta en llamas y completamente destruida en un par de segundos”, dijo Finegan. “Es muy rápido y muy difícil entender lo que sucede en esos dos segundos. Pero también es muy importante comprender exactamente lo que sucede porque es la gestión de esos dos segundos lo que es importante para mejorar la seguridad de las baterías ”.

Además de NREL y NASA, el esfuerzo de investigación internacional para comprender lo que sucede durante una fuga térmica involucró a científicos de University College London, The Faraday Institution en Oxford, National Physical Laboratory en Londres y The European Synchrotron en Francia.

Los científicos experimentan con 18650 celdas, un tamaño específico para una batería recargable de iones de litio utilizada en vehículos eléctricos y en aplicaciones aeroespaciales, clavando un clavo en ellas para provocar un cortocircuito. Las imágenes de rayos X de alta velocidad a 2000 cuadros por segundo permitieron a los investigadores capturar lo que sucedió dentro de las baterías con gran detalle.

Las baterías de iones de litio utilizan un colector de corriente para conducir la electricidad hacia y desde los terminales positivo y negativo. Estos colectores suelen estar hechos de aluminio o cobre. Los investigadores adoptaron un enfoque diferente y examinaron un colector con una capa interior de plástico entre el metal. El colector de corriente de polímero (PCC) fue fabricado por Soteria Battery Innovation Group, de Carolina del Sur, y las baterías 18650 personalizadas fabricadas por Coulometrics, de Tennessee.

Experimentos repetidos con un clavo penetrando en las baterías demostraron que la adición del colector de corriente de polímero en el electrodo positivo era suficiente en todos los casos para evitar la fuga térmica. A medida que aumentó la temperatura, el PCC se contrajo para aislar el clavo del terminal negativo y, por lo tanto, apagar el cortocircuito.

Los científicos señalaron que su investigación puede proporcionar una mayor confianza en la fabricación de baterías intrínsecamente más seguras que se construyen con este colector de corriente de polímero.

Finegan dijo que clavar un clavo en una batería es “un método de prueba bastante tosco”, pero tiene como objetivo capturar el abuso mecánico que una batería podría experimentar en el caso de que un vehículo eléctrico sufra un accidente grave, por ejemplo.

El trabajo realizado en NREL fue financiado por la Oficina de Tecnologías de Vehículos del Departamento de Energía.

La última investigación llega inmediatamente después del lanzamiento de NREL del Banco de datos de fallas de batería, una recopilación de datos generados por cientos de pruebas de abuso realizadas en baterías de iones de litio. El banco de datos proporciona información sobre cuánto calor genera una batería durante la fuga térmica y cuánto se libera de la batería, así como cientos de videos de radiografía de alta velocidad de mecanismos internos de falla.

“Los pequeños fabricantes no siempre tienen el tiempo y los recursos para probar las baterías de una manera tan rigurosa como lo hemos hecho durante los últimos cinco o seis años”, dijo Finegan. “Pueden simplemente, de forma gratuita, ingresar al sitio web de NREL, descargar todos estos datos y hacer su propia evaluación de cuán seguras son las baterías que pueden o no elegir para su aplicación”.

Aprender más acerca de investigación de almacenamiento de energía en NREL.

Artículo cortesía del Departamento de Energía de EE. UU., NREL.

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