El desbordamiento térmico es una reacción incontrolada que puede producirse en las baterías de iones de litio. A partir de un determinado nivel, la temperatura de la batería aumenta de forma incontrolada.
El proceso de desbordamiento térmico puede ser desencadenado por una temperatura elevada, y existe una temperatura de inicio de desbordamiento térmico por encima de la cual la temperatura de la batería aumentará de forma incontrolada.
El desbordamiento térmico es una reacción incontrolada que puede producirse en las baterías de iones de litio. Un daño en la batería o un cortocircuito pueden provocar la acumulación de calor y presión en la batería. Si esto alcanza un determinado nivel, se desencadenan reacciones químicas que generan más calor y presión, provocando un bucle de retroalimentación positiva. El desbordamiento térmico puede extenderse rápidamente de una batería a otra, provocando explosiones e incendios catastróficos. Los subproductos del desbordamiento térmico pueden incluir grandes cantidades de hidrógeno inflamable y otros gases fluoroorgánicos tóxicos.
Los posibles desencadenantes del desbordamiento térmico son la sobrecarga de la batería, el sobrecalentamiento de la misma o su exposición a altas temperaturas, una tasa de descarga excesivamente alta, un cortocircuito o daños como un pinchazo.
Cualquiera de estos factores puede desestabilizar los materiales de alta energía y los componentes orgánicos de la batería, haciendo que generen su propio calor. Si este calor no se disipa con la suficiente rapidez, la temperatura de la batería seguirá aumentando, lo que acelera el proceso de liberación de calor.
El desbordamiento térmico afecta a los niveles de tensión, temperatura y presión de la batería. Justo antes del desbordamiento térmico, el voltaje de la batería cae debido a la deslaminación de los electrodos. Las reacciones químicas exotérmicas hacen que la temperatura aumente, mientras que la generación de gas de las reacciones químicas junto con la evaporación del electrolito hace que la presión interna de la batería aumente.
Para gestionar adecuadamente un desbordamiento térmico, es esencial contar con ciertas medidas de seguridad. Éstas tienen como objetivo prevenir el desbordamiento térmico en primer lugar, y luego mitigar el impacto negativo y aliviar las preocupaciones de seguridad asociadas a este tipo de eventos.
Algunas de las medidas de seguridad preventivas incluyen una caja de batería robusta, un sistema de refrigeración eficiente y características de diseño y control de protección. Se pueden utilizar aditivos ignífugos en el electrolito o en el separador para mejorar la estabilidad térmica de la batería y evitar que se incendie.
Si las medidas de seguridad preventivas fallan, la segunda línea de defensa incluye medidas a prueba de fallos destinadas a detener o disminuir los daños causados por el desbordamiento térmico. Una de estas medidas es la desconexión del separador. Una ventaja de utilizar un separador de polímero de gel es que también actúa como un fusible térmico. El separador se fundirá y su estructura se romperá mucho antes de que la temperatura de la batería alcance el umbral de desbordamiento térmico. Esto detiene el transporte de iones de litio, apagando efectivamente la célula de la batería. El único problema es que el separador tarda en derrumbarse, por lo que el cierre del separador no detendrá completamente todas las reacciones químicas y la temperatura puede seguir aumentando, y el desbordamiento térmico puede continuar.
En este punto, los gases inflamables se acumulan en el interior de la batería, aumentando aún más la presión y la temperatura. El desbordamiento térmico ya no puede detenerse, por lo que entran en juego las medidas de seguridad para limitar el impacto. Un mecanismo de ventilación liberará estos gases de forma controlada en lugar de una explosión incontrolada. También liberará el calor y la presión de la batería para reducir el riesgo de que se produzca un cortocircuito o una ruptura de la misma.
Un ejemplo de mecanismo de ventilación es el disco de ruptura PRO-LP. Este disco de acción inversa está diseñado para reventar con precisión a las bajas presiones asociadas a los recintos de las baterías. Está marcado alrededor de la periferia del disco, de modo que si la presión aumenta hasta un punto crítico, el disco se romperá en el punto marcado para ofrecer un alivio inmediato de la presión. Además, el diseño de bajo perfil y alta integridad del PRO-LP cumple con las especificaciones sobre protuberancias y ofrece una apertura inmediata y completa para una ventilación rápida (aproximadamente 4 milisegundos) para reducir el riesgo de propagación de la batería.
Una solución alternativa con un perfil aún más bajo es el Disco Compuesto Plano. La protuberancia es mínima y el disco de composite de acción frontal estalla con precisión a presiones ultrabajas sin comprometer la integridad del diseño.
Por último, para las aplicaciones de baterías más grandes (es decir, a escala de red), en las que se necesita un área de ventilación adicional, nuestra gama de respiraderos de explosión MV ofrece una ventilación de bajo perfil con la flexibilidad de estar disponibles en tamaños, formas y presiones personalizadas para adaptarse a sus necesidades. Muchos de estos venteos no requieren marco, por lo que se reduce el coste total al tiempo que se mitigan los riesgos asociados a la sobrepresurización. El diseño del venteo contribuye a mejorar la fiabilidad y el rendimiento.
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