¿Qué sucede cuando se quema la batería de un vehículo eléctrico?

Cuando la batería de un EV se quema, generalmente se debe a un fenómeno llamado "fuga térmica". En términos simplificados, es una reacción en cadena que comienza cuando una celda de la batería se sobrecalienta por algún motivo, a menudo debido a daños físicos externos, sobrecalentamiento o sobrecarga (denominados "daños externos"). A veces, puede desencadenarse por un problema interno, como defectos de fabricación o un cortocircuito dentro de la celda de la batería (denominados "preocupaciones internas").

Una batería de vehículo eléctrico que se está quemando puede ser especialmente preocupante porque, a diferencia de un automóvil con motor de combustión interna tradicional, las baterías de los vehículos eléctricos a menudo funcionan a lo largo del vehículo. Una vez que se incendia una celda de la batería de un EV, el calor puede hacer que las celdas cercanas también se incendien, lo que genera una reacción en cadena que puede engullir rápidamente toda la batería y, potencialmente, todo el vehículo.

Para agravar el problema, el tipo más común de batería que se usa en los vehículos eléctricos de hoy en día, la batería de iones de litio, contiene electrolitos líquidos orgánicos inflamables. Esto hace que estas baterías sean más propensas a incendiarse y explotar cuando se dañan o se manejan de manera inadecuada. Además, existe un riesgo específico llamado "dendritas de litio", que son pequeñas proyecciones en forma de aguja que pueden desarrollarse en el ánodo durante la carga. Si estas dendritas crecen lo suficiente, pueden perforar el separador, provocando un cortocircuito y posiblemente provocando una situación de fuga térmica.

Por lo tanto, la integridad de la estructura de la batería y la calidad de los separadores son factores cruciales para garantizar la seguridad de una batería EV. Como tal, las baterías de calidad se someten a varias pruebas de esfuerzo antes de salir de fábrica, incluida una prueba de "perforación" que simula un cortocircuito causado por el daño simultáneo de los electrodos positivo y negativo y del separador.

A pesar de lo anterior, es importante tener en cuenta que la fuga térmica en los vehículos eléctricos es relativamente rara, y muchos fabricantes, investigadores e instituciones están trabajando diligentemente para mejorar aún más la seguridad de estas baterías. Un enfoque es el desarrollo de baterías de estado sólido, que reemplazan el electrolito líquido inflamable por uno sólido no inflamable. Sin embargo, a partir de 2023, estas baterías aún se encuentran en gran medida en la etapa de investigación y desarrollo.

En los primeros días de agosto de 2023, un NIO ES8 chocó con un pilar de la carretera en Zhejiang, China, y estalló en llamas en cuestión de segundos, cobrando la vida del conductor. El incidente aún está bajo investigación. Apenas unos días antes, a fines de julio, un Tesla Model Y y un sedán Audi chocaron en Dongguan, Guangdong. El Tesla perdió el control, golpeó una barandilla y estalló en llamas.

Rebobinando un poco más, encontramos una estación de intercambio de baterías NIO AUTO en Jiangmen, Guangdong, en llamas. ¿La causa? La batería de un usuario de NIO, identificada remotamente como dañada por fuerzas externas, se incendió durante la inspección al regresar a la estación.

Estos son los escenarios de pesadilla que muchos entusiastas de la gasolina que se resisten al abrazo de los vehículos eléctricos (EV) han imaginado, y el más difícil de aliviar: la seguridad de las baterías de EV. Este miedo no es infundado; Los incendios de baterías pueden ser más alarmantes en los vehículos eléctricos que en los automóviles convencionales. Por ejemplo, la batería de un EV está integrada en todo el vehículo, lo que lo hace propenso a la combustión total en caso de incendio. Aún más inquietante, mientras que los incendios de vehículos convencionales generalmente se asocian con accidentes de tráfico, los vehículos eléctricos a veces pueden arder espontáneamente mientras están en reposo, lo que hace que las noticias sean más destacadas.

Las razones comunes de estos incidentes de "fuga térmica" se dividen en dos categorías: amenazas externas y preocupaciones internas. Las amenazas externas involucran abuso mecánico, abuso térmico y abuso eléctrico, generalmente debido a accidentes, altas temperaturas, sobrecarga o descarga. Además de incendiarse tras una colisión grave durante incidentes de tráfico, NIO también informó de un evento de combustión espontánea de un ES8 EV en 2019 durante el mantenimiento debido a un cortocircuito causado por la compresión de la estructura del paquete de baterías tras un impacto en el chasis. Casi todos los demás fabricantes chinos de vehículos eléctricos han informado casos similares.

Las llamadas preocupaciones internas son multifacéticas. Las baterías de iones de litio actuales, compuestas principalmente de electrodos positivos y negativos, separadores y electrolitos, presentan sus propios peligros únicos. Por ejemplo, el fenómeno del recubrimiento de litio ocurre cuando los iones de litio que se mueven dentro de la batería se acumulan en la delgada membrana que separa los electrodos, formando dendritas de litio. Estas dendritas pueden perforar la membrana, provocando un cortocircuito y una rápida acumulación de calor.

Por lo tanto, la integridad de la estructura de la batería y la calidad del separador son determinantes cruciales de la seguridad de la batería. Las baterías de alta calidad se someten a rigurosas pruebas antes de salir de fábrica, incluida una prueba de "penetración de clavos" (aunque no universalmente obligatoria) destinada a provocar un cortocircuito al dañar la integridad de los electrodos positivo y negativo y el separador.

Con esto en mente, el camino natural hacia la mejora de la seguridad parece claro: reemplazar el electrolito orgánico inflamable con un material sólido inmóvil, sin fugas y térmicamente estable. Las baterías de estado sólido se han convertido en la "próxima estación" obvia en la hoja de ruta de la industria de las baterías por su seguridad y densidad de energía. Sin embargo, el viaje hacia la adopción generalizada ha resultado difícil de alcanzar. A pesar de que el Laboratorio Nacional de Oak Ridge de EE. UU. creó la primera batería de estado sólido ya en 1990, han persistido obstáculos tecnológicos constantes.

En el mundo de las baterías de estado sólido, existen tres sistemas principales para materiales de electrolitos sólidos: polímeros, óxidos y sulfuros. Cada uno tiene sus propias fortalezas y debilidades, y todos deben lidiar con los desafíos de escalabilidad de producción y control de calidad inherentes a la comercialización.

Los escépticos se burlan de la autonomía reducida de los vehículos eléctricos en invierno debido al bajo rendimiento a bajas temperaturas de las baterías líquidas actuales, mientras que el riesgo potencial de combustión durante la carga en verano también es motivo de preocupación. Esto subraya la necesidad de una batería más segura y eficiente que pueda manejar las demandas de todas las estaciones.

La experimentación con la impresión 3D para crear estructuras complejas para electrolitos sólidos se ha mostrado prometedora. Por ejemplo, investigadores de la Universidad de Oxford han utilizado la impresión 3D para construir una estructura tridimensional, rellena con un electrolito sólido, para mejorar la resistencia mecánica y evitar fracturas fáciles. De manera similar, la empresa estadounidense Sakuu utiliza la tecnología de chorro de aglutinante para depositar los materiales de electrodo necesarios y los polvos de electrolitos sólidos en un sustrato y "solidificarlos" con reactivos líquidos.

Si bien la impresión 3D puede ofrecer un medio para expandir el área de contacto de la interfaz y controlar la porosidad del material, aún existen importantes obstáculos que superar antes de que estas técnicas experimentales puedan transformarse en una solución viable producida en masa. Equilibrar el rendimiento y el costo, lograr la escalabilidad y mantener estrictos estándares de control de calidad son los desafíos inminentes que mantienen estas soluciones prometedoras en el laboratorio en lugar de en el camino.

A medida que avanzamos hacia un futuro cada vez más eléctrico, los riesgos inherentes y la búsqueda constante de mejores medidas de seguridad mantienen a la industria en un estado de cambio constante. A pesar de los abrumadores desafíos, la marcha hacia una industria de vehículos eléctricos más segura y eficiente continúa, impulsada por la innovación incesante y el compromiso con un futuro sostenible. Como siempre, el New Yorker estará atento a estos desarrollos, listo para ofrecer información y análisis sobre el viaje por delante.