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Para avanzar en su industrialización, desarrollamos un protocolo de ensayos que permite caracterizar y evaluar fugas térmicas en este tipo de dispositivos que servirá como base para un marco normativo de seguridad. Además, conformamos un consorcio asociativo para la creación del primer centro nacional para el desarrollo y testeo de baterías de litio.
“Una de las principales preocupaciones de las baterías de litio es su estabilidad térmica. Comprender el fenómeno llamado fuga térmica, “thermal runaway” (TR) es vital ya que en este proceso se pueden alcanzar temperaturas superiores a 600ºC y ocasionar incendios generalizados”, explica Felipe Gallardo del Departamento de Seguridad Contra Incendios y Explosiones, quien junto a Gabriel Sampayo del mismo sector y Gonzalo Montiel, del Departamento de Almacenamiento de la Energía, desarrollaron un protocolo de ensayos para evaluar el comportamiento de estos equipos y determinaron que, bajo condiciones de abuso, presentan fallas.
En la actualidad, las baterías de litio-ion se utilizan en diferentes aplicaciones como movilidad, dispositivos electrónicos y almacenamiento de energías renovables. “En Argentina no existe un marco normativo para evaluar el funcionamiento seguro de este tipo de baterías y muchas veces los equipos están sometidos a excesos de temperatura con la consecuente liberación de gases inflamables”, señalan los autores del trabajo “Fuga térmica en baterías de ion-litio” que recibió una distinción en las TecnoINTI 2022.
Se trata de un trabajo de vital importancia para nuestro instituto, ya que entre sus roles principales tiene como premisa el desarrollo de capacidad de ensayos que aporten al establecimiento de nuevas normativas, orientados a fomentar buenas prácticas, un comercio exterior y producción nacional seguros y de altos estándares.
En el mercado existen diferentes tipos de baterías de litio, siendo las LCO (óxido de litio y cobalto), presentes en dispositivos pequeños como celulares, computadoras personales y herramientas de trabajo portátiles, una de las que presenta mayor riesgo. Felipe, Gabriel y Gonzalo realizaron pruebas en este tipo de baterías para evaluar su desempeño, ciclado, acción de carga y descarga, en diez LCO (en formato pouch) provenientes de Malasia.
“Evaluamos la fuga térmica y observamos la determinación de la temperatura máxima a la que pueden ser sometidas”, explican los expertos, quienes elaboraron un protocolo de ensayos basado en una normativa existente para celdas secundarias, del tipo recargable, y para baterías de litio, que se dividió en caracterización de las baterías (IEC 62133) y ensayos de abuso (UL 1642), según: carga forzada, descarga forzada, descarga profunda, abuso térmico, fatiga de la carcasa a alta temperatura y exposición al fuego.
“Durante el TR el separador -que permite el pasaje de iones litio entre el ánodo y el cátodo de la celda-, el electrolito, el estado de carga y el diseño de las celdas o baterías son críticos. Es un proceso que puede ser disparado por abusos térmico, eléctrico, electroquímico o mecánico”, precisan.
“Con este trabajo de investigación buscamos iniciar un proceso que impacte positivamente en la sociedad e industria respecto a la seguridad de las baterías de litio. Es vital poder asegurar su calidad como las consecuencias cuando son sometidas a condiciones de abuso”, resalta Gonzalo Montiel.
Resultados: En los ensayos de exposición al fuego realizados en el Laboratorio de Seguridad Contra Incendios y Explosiones se observó fuga térmica, hinchamiento, liberación de gases a alta presión y combustión de gases inflamables. El deterioro comenzó a partir de los 130ºC y el proceso de fuga térmica se inició cuando la superficie de la batería se encontró entre 190°C y 200ºC.
“Pudimos advertir que, en condiciones de abuso, un alto porcentaje de las baterías de litio analizadas fallaron. Estos estudios son útiles para mejorar procesos de control de calidad y permiten ensayar medidas contra incendios en condiciones de almacenamiento y uso doméstico”, concluyen los autores.
Recomendaciones para el uso de baterías de litio:
• Temperatura de carga y descarga 0 a 40° C
• Cargar la batería en lugares despejados y evitar largos períodos sin supervisión
• Evitar que la batería se moje
• Apartar la batería si se golpea, hincha, calienta o desprende gases
• Usar el cargador indicado por el fabricante
• No desarmar la batería
• No utilizar la batería en otro equipo para el cual no fue fabricada
• No arrojar la batería al fuego o próxima a fuentes de calor
SE CONSTRUIRÁ EN INTI EL PRIMER CENTRO NACIONAL PARA EL DESARROLLO DE BATERÍAS DE LITIO
La Agencia Nacional de Promoción de la Investigación, el Desarrollo Tecnológico y la Innovación (AGENCIA I+D+i) otorgó un Fondo Argentino Sectorial (FONARSEC) a la asociación entre el INTI y ADIMRA, a través del Centro Tecnológico Metalúrgico (CETEM), para la creación de un Centro Nacional de Baterías de Litio para el Almacenamiento de Energías Renovables y Soluciones de Movilidad (CENBLIT).
El proyecto tiene un financiamiento de $150.000.000 y contará con un aporte de la contraparte de $ 37.500.000 para alcanzar un total de $ 187.500.000 con el propósito de desarrollar los únicos laboratorios de testeo de baterías para cuestiones vinculadas a la seguridad que van a estar disponibles en el país una vez que se construya el edificio 52 en el PTM, obra que se encuentra en proceso de licitación.
“El proyecto tiene como objetivo principal la conformación de un consorcio asociativo de carácter público-privado para la puesta en funcionamiento del primer centro nacional dedicado al desarrollo de baterías de litio para el almacenamiento y gestión de energías renovables, movilidad eléctrica y estudios para su segunda vida. El CENBLIT contará con capacidad tecnológica para prestar una serie de servicios de alta especificidad y de carácter innovador en la región”, relata Liliana Molina Tirado, subgerenta de Energía y Movilidad del INTI.
Liliana destaca que el nuevo centro le permitirá a la industria nacional acompañar a nuestro país en el proceso de descarbonización de la economía. “Para las empresas argentinas será valioso desde el punto de vista económico y de propiedad intelectual contar con un Centro de referencia para desarrollar tecnología propia adaptable a las particularidades de los usuarios locales”, agrega.
Pablo Cid y Carmen Canteros
