Calorímetros para la investigación de la propagación térmica en las baterías de iones de litio

02 April 2020
Calorímetros para la investigación de la propagación térmica en las baterías de iones de litio

Las baterías de iones de litio tienen las ventajas de una alta densidad energética, una rápida capacidad de carga/descarga, la ausencia de efecto memoria y una baja autodescarga. El último paso consiste en evitar la propagación del desbordamiento térmico de una celda a las celdas vecinas. En la celda 2 se coloca una alfombra calefactora y el material de protección térmica que se va a probar se instala entre las celdas 3 y 4 y debajo de la tapa (s. 1). El material de protección mejorado DEFENSOR MULTIFLEX® del Grupo HKO, que se probó en este ejemplo, es capaz de retrasar la propagación térmica a la celda 4 en 9 minutos. La temperatura en la parte superior de la tapa, la llamada temperatura del lado frío, se mantuvo por debajo de los 80 °C durante toda la prueba, mientras que en el interior de la caja de la batería se alcanzaron temperaturas de hasta 850 °C. Todavía hay muchos debates e investigaciones en curso en este artículo se publica bajo licencia Creative Commons CC-BY, es publicado por el Centro de Calorímetros.


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El Dr. Carlos Ziebert, jefe del Centro de Calorímetros del IAM-AWP, KIT, explicacómo se pueden aplicar los calorímetros para mejorar los materiales para la mitigación de la propagación térmica en las baterías de iones de litio

Creado en 2011, el Centro de Calorímetros del Instituto Tecnológico de Karlsruhe (KIT) para Materiales Aplicados - Física de Materiales Aplicada, opera el mayor laboratorio de calorímetros para baterías de Europa. Seis Calorímetros de Tasa de Aceleración (ARCs, Thermal Hazard Technology) de diferentes tamaños utilizados en combinación con cicladores permiten la evaluación de los datos termodinámicos, térmicos y de seguridad de las células de iones de litio a nivel de material, célula y paquete, tanto en condiciones normales como de abuso (térmico, eléctrico y mecánico). Las pilas de iones de litio presentan las ventajas de una alta densidad energética, una rápida capacidad de carga/descarga, la ausencia de efecto memoria y una baja autodescarga, lo que las convierte en la fuente de energía más adecuada para los dispositivos electrónicos portátiles y para la electrificación del transporte, que afecta cada vez más a nuestra vida cotidiana en el siglo XXI.

Propagación térmica

Está claro que las cuestiones de seguridad influyen en gran medida en la disposición de los consumidores a adoptar las baterías de iones de litio, porque un aumento incontrolable de la temperatura de todo el sistema (lo que se denomina propagación térmica) puede provocar una ignición o incluso una explosión de la batería con liberación simultánea de gases tóxicos. Si no es posible impedir que una sola célula entre en el desbordamiento térmico, el último paso es impedir la propagación del desbordamiento térmico de una célula a las células vecinas, la llamada propagación térmica, o al menos prolongar el tiempo hasta la propagación térmica a 5-10 minutos. Esto debería dar a los pasajeros de un vehículo eléctrico tiempo suficiente para escapar o ser rescatados por los bomberos. Los CRA a gran escala son muy adecuados para estudiar la propagación térmica

Configuración de calificación de materiales para la mitigación de la propagación térmica

Recientemente, en el Centro de Calorímetros se ha desarrollado una configuración que permite desarrollar y calificar contramedidas adecuadas, como los escudos térmicos Setup for thermal propagation testing . Esta configuración consiste en una caja metálica que imita la caja de una batería y que se introduce en la cámara del calorímetro. En la caja se instalan cuatro celdas de bolsa equipadas con termopares que se conectan al software ARC. En la celda 2 se coloca una estera calefactora y entre las celdas 3 y 4 y debajo de la tapa se instala el material de protección térmica que se va a probar (s. Fig. 1). Con la ayuda de la estera calefactora, la celda 2 se calienta para iniciar su desbordamiento térmico. La Fig. 2 muestra claramente que el desbordamiento térmico se propaga instantáneamente a la célula 1 y a la célula 3. Sin embargo, el material de protección mejorado DEFENSOR MULTIFLEX® del Grupo HKO, que fue probado en este ejemplo, es capaz de retrasar la propagación térmica a la celda 4 durante 9 minutos. Además, la temperatura en la parte superior de la tapa, la llamada temperatura del lado frío, se mantuvo por debajo de 80 °C durante toda la prueba, mientras que en el interior de la caja de la batería se alcanzaron temperaturas de hasta 850 °C.

Fig.1 Montaje para la prueba de propagación térmica

 

Fig.2 Material qualification for extension of thermal propagation time Fig.2 Calificación del material para la ampliación del tiempo depropagación térmica

En la actualidad, todas las partes interesadas están elaborando un reglamento técnico global (GTR) sobre la seguridad de los vehículos eléctricos, que incluye la propagación térmica. Por lo tanto, todavía hay muchos debates e investigaciones en curso para decidir cuál es el mejor método de inicialización, que podría convertirse en una norma. Esperamos que la investigación del Centro de Calorímetros ayude a avanzar en este campo.

 

Autor: Gobierno de Acceso Abierto

Este artículo está publicado bajo licencia Creative Commons CC-BY.