Baterías de iones de sodio: un estudio del BAM revela la necesidad de investigar la seguridad
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El Instituto Federal de Investigación y Ensayo de Materiales (BAM), junto con la Instalación Europea de Radiación Sincrotrón (ESRF) y el Instituto Fraunhofer de Dinámica de Alta Velocidad (EMI), ha investigado hasta qué punto son seguras las baterías de iones de sodio. Este tipo de baterías se considera una alternativa sostenible a las de iones de litio. Los resultados del estudio demuestran que los mecanismos de seguridad probados no son automáticamente igual de eficaces para todas las tecnologías de baterías, sino que deben adaptarse específicamente a la composición química y al diseño de las celdas de las nuevas baterías.
En las investigaciones se simularon daños mecánicos en una batería de iones de sodio mediante la denominada prueba de penetración de clavos. Esta prueba es un procedimiento reconocido internacionalmente para evaluar el comportamiento de seguridad de las baterías. Consiste en perforar deliberadamente una célula con un alfiler metálico para provocar un daño crítico.
El objetivo era averiguar si la batería -similar a las de iones de litio- entra en una peligrosa reacción térmica en la que la célula se calienta fuertemente y puede inflamarse o explotar, y si los mecanismos de seguridad incorporados son eficaces. Las baterías de iones de sodio se consideran una alternativa prometedora a las de iones de litio por sus materiales que ahorran recursos y sus posibles ventajas económicas.
Utilizando imágenes de rayos X de alta velocidad en una cámara de pruebas especialmente desarrollada por el Instituto Fraunhofer de Dinámica de Alta Velocidad (EMI), los investigadores de la Instalación Europea de Radiación Sincrotrón de Grenoble pudieron visualizar por primera vez en tiempo real los procesos internos de las baterías de iones de sodio durante un evento crítico. También se analizaron en comparación directa otros dos tipos de baterías con mecanismos de seguridad y propiedades químicas diferentes: una batería clásica de iones de litio con cátodo de níquel-manganeso-cobalto, muy utilizada en vehículos eléctricos y dispositivos portátiles, y una batería de litio-hierro-fosfato. Este tipo de batería se considera especialmente seguro y suele utilizarse en sistemas de almacenamiento estacionarios.
Los resultados mostraron claras diferencias de comportamiento: La batería de litio-hierro-fosfato demostró ser especialmente estable. La batería de iones de litio con cátodo de níquel-manganeso-cobalto reaccionó de forma controlada y sus mecanismos de seguridad funcionaron según lo previsto. El comportamiento de la batería de iones de sodio fue sorprendente: en este caso se produjo un proceso casi explosivo. Sin embargo, la causa no fue la propia química de la pila, sino un fallo del sistema de ventilación de la pila, que en realidad se supone que garantiza la liberación del exceso de presión. Sin embargo, debido al rápido aumento de la presión, el sistema de ventilación quedó bloqueado por otros componentes del equipo de seguridad, lo que provocó la brusca y violenta reacción.
"Nuestras investigaciones demuestran que los mecanismos de seguridad no pueden transferirse sin más de una tecnología de baterías a otra", explica Nils Böttcher, Jefe del Centro de Pruebas de Baterías de BAM. "Especialmente con los nuevos tipos de baterías, como las de iones de sodio, los componentes mecánicos, como los sistemas de ventilación, tienen que adaptarse y probarse específicamente. Nuestros resultados no cuestionan la seguridad fundamental de la tecnología de iones de sodio, pero sí subrayan la necesidad de considerar conjuntamente la composición química y el diseño de seguridad". Por ello, BAM participa activamente en el desarrollo de estándares y normas en el ámbito de la seguridad de las baterías de iones de sodio."
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Alemán se puede encontrar aquí.
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