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¿Son seguros los coches eléctricos de iones de litio?
Las computadoras portátiles equipadas con baterías de iones de litio ocasionalmente se sobrecalientan y se incendian. Esto tiene a algunas personas preocupadas por el uso de este tipo de batería en nuevos autos deportivos eléctricos y kits para convertir autos convencionales y vehículos híbridos en autos totalmente eléctricos.
Es un momento emocionante para los vehículos eléctricos, con anuncios regulares sobre el aumento de la capacidad de almacenamiento de materiales de batería (consulte Avance de la batería) y vehículos exóticos y de alto precio que están programados para salir al mercado, como el automóvil deportivo recientemente anunciado de Tesla Motors de San Carlos, CA. Pero los vehículos eléctricos han fallado en el pasado. Si van a tener éxito esta vez, necesitarán ganarse al consumidor en general, y eso significará, entre otras cosas, demostrar que los potentes paquetes de baterías son seguros.
Las baterías de iones de litio se han favorecido durante mucho tiempo para alimentar computadoras portátiles y teléfonos celulares porque son pequeñas y livianas. Pero almacenar tanta energía en un espacio pequeño también es peligroso. Se sabe que las baterías estallaron en llamas, en ocasiones violentamente; y debido a que tanto el combustible como el oxidante están incluidos en la batería, no pueden sofocarse como los incendios comunes, dice Dan Doughty, quien administra las pruebas de baterías de iones de litio en Sandia National Laboratories en Albuquerque, NM.
Los desafíos de seguridad clave son evitar la sobrecarga, el sobrecalentamiento y los daños en un accidente. En cada caso, las reacciones químicas pueden salirse de control, provocando una fuga térmica, que puede generar temperaturas lo suficientemente altas como para derretir el aluminio y hacer que las baterías exploten, dice.
Según la Comisión de Seguridad de Productos para el Consumidor de EE. UU., De 2003 a 2005 se produjeron más de 300 incidentes relacionados con el sobrecalentamiento o el incendio de baterías de portátiles y teléfonos móviles de iones de litio. Muchos de los incidentes involucraron lesiones personales.
Este problema potencial con las baterías de iones de litio se multiplica por miles en los vehículos. En el caso del automóvil de Tesla Motors, por ejemplo, casi 7,000 baterías están empaquetadas detrás del compartimiento de pasajeros para alimentar el automóvil (a unas impresionantes 60 mph en aproximadamente cuatro segundos).
Pero la compañía ha hecho mucho para mantener seguro su sistema alimentado por batería, mucho más de lo que se hace con las computadoras portátiles, dice el CEO Martin Eberhard.
Para mantener las temperaturas bajo control, los ingenieros de Tesla han desarrollado un sistema de refrigeración líquida controlado electrónicamente. También han incluido protección contra sobrecarga, tres capas de fusibles y sensores que harán que las baterías se desconecten en caso de altas temperaturas, un impacto repentino o un vuelco. De hecho, la decisión de usar muchas baterías pequeñas en lugar de unas muy grandes fue en parte una consideración de seguridad: cada batería y su cantidad relativamente pequeña de energía almacenada en comparación con todo el sistema está aislada y protegida dentro de su propia carcasa de acero. Y todo el sistema también está encapsulado para protección en caso de accidente.
Mark Verbrugge, un experto en baterías del centro de investigación y desarrollo de GM en Warren, MI, dice que tales medidas de seguridad deberían ser suficientes para mantener las baterías seguras. Sin embargo, un factor permanece fuera del control directo de los fabricantes de automóviles. Lo único que realmente preocupa a los fabricantes de equipos originales es que no se puede controlar la fabricación de mala calidad en lo que respecta a la seguridad, dice. Por ejemplo, dice Verbrugge, si dos electrodos se tocan porque están mal fabricados, tienes un problema.
Tal cortocircuito interno puede iniciar una reacción química incontrolada, dice Sandia’s Doughty, y agrega que si hay una falla en la fabricación y tiene un cortocircuito interno, no hay nada que vaya a hacer externamente para interrumpir esa reacción. Estos problemas son raros y ocurren en una de cada diez millones de celdas en computadoras portátiles y otros dispositivos electrónicos, dice Doughty. Pero, dice, si hay 7.000 celdas y hay una de cada diez millones de fallas, se hacen los cálculos en términos de cuántos vehículos van a tener un problema de celda.
Sin embargo, incluso si una batería defectuosa llega a un vehículo, es posible que no sea un gran problema. Lo hemos diseñado de modo que si se mete la mano en nuestro paquete de baterías y deliberadamente prende fuego a una de las baterías, no se propague a las celdas vecinas, dice Eberhard. Da dos razones: cada batería viene en una caja de acero y un sistema de enfriamiento líquido puede eliminar el exceso de calor.
Sin embargo, Doughty dice que durante las pruebas ha visto explosiones violentas del tipo que podrían romper una caja de acero. Si la refrigeración líquida también falla, una sola batería podría hacer que las baterías vecinas se sobrecalienten, desencadenando una cascada de pequeñas explosiones. Doughty dice que las compañías de automóviles eléctricos pueden diseñar sistemas que sean aceptablemente seguros, pero señala que, aunque los ingenieros siempre tienen múltiples capas de seguridad, los peores accidentes ocurren cuando, debido a un evento muy raro, dos o más de estas múltiples capas. están comprometidos.
Incluso si un accidente de este tipo es raro, aún podría haber una reacción violenta contra los vehículos eléctricos. En particular, Doughty está preocupado por los kits de conversión para convertir vehículos convencionales o híbridos en autos eléctricos de iones de litio (ver Los híbridos enchufables están en camino). Lo que me preocupa es que uno de estos días va a haber un vehículo de iones de litio que va a tener un accidente bastante espectacular, y luego, ¿qué va a decir la gente?
Los expertos tienen dos recomendaciones clave para avanzar y producir vehículos eléctricos aún más seguros. Primero, los fabricantes de automóviles deben tener un proceso de selección muy estricto para sus fabricantes de baterías, dice Verbrugge. Y, a largo plazo, dice Doughty, será importante apoyar la investigación de nuevas químicas de baterías de iones de litio de alta energía que no sean propensas al sobrecalentamiento.