Baterías de iones de sodio

Baterías de iones de sodio Academia China de Ciencias Omicrono

Tecnología

China cambia las normas de los coches eléctricos: diseña una batería con un cortafuegos interno que evita explosiones

Un equipo de investigadores ha desarrollado una nueva batería de sodio con un cortafuegos interno para evitar el incendio de móviles y vehículos.

Más información: China logra lo imposible: crea una innovadora batería de litio que es capaz de mantener la autonomía incluso a −50 °C

Publicada

La explosión de un portátil deja seis heridos en el metro de Madrid; un camión lleno de baterías se incendia durante días en la carretera sin poder apagarlo. Estos son titulares antiguos, que llamaron la atención hace años, pero el riesgo de incendio de las baterías en dispositivos y vehículos sigue siendo real, aunque cada vez está más controlado.

El sobrecalentamiento de una batería de litio puede llevar a su explosión y combustión, siendo muy complicado extinguirlo. Este elemento se encuentra en incontables equipos electrónicos, desde el teléfono móvil en el que puede estar leyendo este artículo, hasta el vehículo eléctrico o híbrido en el que seguramente viaje a menudo.

Proyectos de investigación como el siguiente pretenden acabar con este peligro. Investigadores de la Academia China de Ciencias han diseñado una batería con su propio cortafuego interno que se activa cuando supera la temperatura recomendada. Una solución que liberaría de otros sistemas de seguridad más pesados a vehículos.

Incendios que no se apagan

No es solo un problema de los móviles, portátiles o incluso, gafas de realidad virtual que se colocan en la cara; el auge de los coches eléctricos e híbridos también es un campo que sufre este peligro. Los golpes, sobrecargas o sobrecalentamientos son los detonantes del fallo de las baterías que guardan en su interior. De ahí que se desplieguen una serie de protecciones para evitar el desastre.

Que no cunda el pánico, según EV FireSafe, la probabilidad de que un vehículo eléctrico se incendie espontáneamente debido a problemas con la batería es de aproximadamente un 0,0012 %. El problema reside en la complejidad para apagar ese incendio.

Tesla.

Tesla.

Dado que la batería genera su propio oxígeno durante esta reacción, los extintores tradicionales a menudo no logran apagarla. Si una batería se incendia, el fuego puede ser persistente y reaparecer, por lo que no basta con sofocarlo rápidamente.

Ante un impacto o sobrecalentamiento, entre otros posibles accidentes, el ánodo y cátodo entran en contacto provocando un cortocircuito interno. Las baterías se instalan encapsuladas en estructuras de alta resistencia y selladas para protegerla frente a golpes, líquidos y agentes externos.

En muchos modelos hay sistemas de gestión térmica que mantienen la batería en un rango seguro de temperatura. Ante cualquier anomalía, el sistema BMS o de gestión de la batería, limita su uso o la desconecta para bloquear cualquier posible desenlace indeseado.

Cortafuegos interno

Como el airbag de los coches la solución propuesta por los investigadores chinos consiste en un diseño de batería de iones de sodio que utiliza un electrolito polimerizable e ininflamable que se solidifica rápidamente bajo calor extremo.

A diferencia de las baterías de iones de litio tradicionales, que utilizan electrolitos líquidos inflamables, este nuevo diseño se basa en iones de sodio. En vez de recurrir a carbonatos orgánicos como el carbonato de etileno (EC), el carbonato de dimetilo (DMC) y el carbonato de dietilo, la batería diseñada incorpora un electrolito polimerizable no inflamable (PNE).

Cuando la temperatura interna de la batería supera los 150 °C, el electrolito líquido experimenta una rápida reacción química y se solidifica. Esta barrera sólida actúa como un cortafuegos interno, impidiendo físicamente la propagación del calor y deteniendo las reacciones en cadena que suelen provocar explosiones.

Tesla incendiándose en la cochera de su propietario

Tesla incendiándose en la cochera de su propietario NTSB

La razón por la que se prefieren los sistemas de iones de sodio a los de iones de litio es sencilla. Los sistemas de iones de sodio son intrínsecamente más estables térmicamente. Utilizan materiales menos reactivos, lo que los hace mucho menos propensos a reacciones descontroladas. Esto crea una base ideal para mecanismos de seguridad integrados, como los electrolitos autosolidificables.

Ligereza y seguridad

Según el artículo publicado en la revista científica Nature Energy, la batería soportó un calentamiento externo de hasta 300 °C sin sufrir un sobrecalentamiento. Además, la celda superó las pruebas de penetración con clavos, que simulan un cortocircuito interno, manteniendo su integridad estructural.

Y a pesar de las características de seguridad adicionales, la celda mantuvo una densidad de energía competitiva de 211 Wh/kg y funcionó de manera fiable en temperaturas que oscilaron entre -40 °C y 60 °C.

Este sistema de seguridad implica una menor dependencia de otros mecanismos externos como ordenadores o bombas de refrigeración para detectar el riesgo de incendio. También se ahorra espacio y peso en cajas fuertes ignífugas, dando más ligereza al vehículo eléctrico.

Aun así, hay que tener en cuenta que estos sistemas polimerizables suelen diseñarse como un mecanismo unidireccional. Una vez se solidifican, impiden el movimiento de iones, bloqueando la batería. El artículo no indica si sería necesaria o si se requiere una reparación de la batería tras la solidificación del electrolito. En cualquier caso, ante el riesgo de fallo, podría ser conveniente ese bloqueo.