Roberto Pacios, coordinador tecnológico de CIC energiGUNE, explica que los principales factores que pueden desencadenar una fuga térmica en una batería de litio-ion son el sobrecalentamiento, las sobrecargas, los cortocircuitos internos y daños físicos en la celda. Por ejemplo, situaciones como un accidente de tráfico en un vehículo eléctrico pueden provocar deformaciones mecánicas que afecten al separador de la batería y generen un cortocircuito interno.
La mitigación de estos riesgos se centra en mejorar los materiales y el diseño de las celdas. En CIC energiGUNE trabajan en soluciones como separadores con mayor estabilidad térmica, electrolitos no inflamables y aditivos retardantes de llama. También investigan en sensores inteligentes que permitan detectar anomalías antes de que se desencadene una situación de riesgo.
¿Qué papel juega el diseño de materiales y componentes en la seguridad de las baterías?
El diseño de los materiales es clave para la seguridad de las baterías. Cada componente de una celda —cátodo, ánodo, separador y electrolito— influye en su estabilidad térmica y su capacidad para prevenir incidentes. Por ejemplo, en los cátodos trabajamos con materiales como el LFP (litio-ferrofosfato), que ofrece mayor estabilidad térmica frente a otros compuestos como el NMC (níquel-manganeso-cobalto). En los ánodos, estamos investigando soluciones basadas en silicio o litio-metal protegido, que ayudan a prevenir la formación de dendritas, una de las principales causas de cortocircuitos internos. También estamos explorando separadores cerámicos mejorados y electrolitos sólidos que, además de ser más estables, eliminan los riesgos asociados a los electrolitos líquidos inflamables.
¿Qué tecnologías emergentes están ayudando a mejorar la seguridad de las baterías?
Una de las más prometedoras es la tecnología de baterías de estado sólido, que consiste en sustituir el electrolito líquido inflamable por un material sólido. Este cambio no solo mejora la seguridad al eliminar el riesgo de derrames y fugas, sino que también reduce significativamente la probabilidad de incendios y la propagación de reacciones térmicas descontroladas. Las baterías de estado sólido están consideradas uno de los grandes avances que podrían revolucionar el mercado en los próximos años, gracias a su combinación de mayor estabilidad térmica y densidad energética.
Otra tecnología clave para mejorar la seguridad son los separadores inteligentes, que desempeñan un papel crucial en la prevención de la fuga térmica. Estos separadores están diseñados con propiedades térmicas avanzadas que les permiten actuar como una barrera protectora dentro de la celda. Pueden incluir materiales que cambian de estado en función de la temperatura, derritiéndose o solidificándose para bloquear la corriente eléctrica cuando detectan un sobrecalentamiento. Este mecanismo de protección ayuda a detener la reacción en cadena antes de que se produzca una situación peligrosa.
Además, los aditivos retardantes de llama y los electrolitos no inflamables están ganando protagonismo como soluciones para mejorar la seguridad interna de las baterías. Estos aditivos se añaden a los componentes de la celda para reducir la inflamabilidad de los materiales y evitar que un incidente inicial desencadene un incendio. La investigación en este campo se centra en identificar compuestos químicos que mantengan un equilibrio entre seguridad y rendimiento, garantizando que las baterías sigan siendo eficientes y duraderas.
Por último, los avances en sensores inteligentes están marcando una gran diferencia en la capacidad para prevenir incidentes.
¿Qué lecciones hemos aprendido de los incidentes pasados con baterías en vehículos eléctricos?
Una de las más importantes es que la mayoría de los incendios en vehículos eléctricos no están relacionados con la batería de tracción en sí, sino con otros sistemas eléctricos del vehículo o con causas externas, como colisiones o errores de mantenimiento. Por ejemplo, según los datos disponibles, los incendios en vehículos eléctricos son hasta 20 veces menos probables que en vehículos convencionales de combustión interna. Sin embargo, cuando ocurren, suelen atraer mucha atención mediática, lo que genera una percepción de inseguridad que no es del todo justa.
Otro aprendizaje clave es que la extinción de incendios en baterías requiere métodos específicos. A diferencia de los incendios convencionales, los incendios en baterías pueden reavivarse horas después de haberse extinguido debido a la acumulación de calor residual en las celdas internas. Esto ha llevado a desarrollar técnicas de extinción específicas, como la inmersión en agua o el uso de espumas retardantes que eviten la reignición.
¿En qué novedades estáis ahora mismo enfocados en CIC energiGUNE de cara a seguir impulsando esta alternativa?
Una de las principales áreas de trabajo del centro es el desarrollo de materiales avanzados, como cátodos y ánodos más seguros y eficientes, que contribuyen a reducir los riesgos de sobrecalentamiento y propagación de incendios. Asimismo, se está trabajando en la mejora de los separadores cerámicos, que aumentan la estabilidad térmica de las celdas y previenen cortocircuitos internos.
Otro enfoque importante es la investigación en electrolitos sólidos, una tecnología que promete eliminar los riesgos asociados a los electrolitos líquidos inflamables. Al reemplazar el electrolito líquido por un material sólido, se reduce significativamente la probabilidad de fugas térmicas y reacciones químicas peligrosas. Esto convierte a las baterías de estado sólido en una opción más segura y estable, especialmente en aplicaciones donde la seguridad es prioritaria, como los vehículos eléctricos y los sistemas de almacenamiento estacionario.
CIC energiGUNE también está desarrollando sensores inteligentes que permiten monitorizar en tiempo real el estado interno de las baterías. Estos sistemas son capaces de detectar cambios en la resistencia eléctrica y otros parámetros que pueden indicar problemas internos, como la formación de dendritas o cortocircuitos, antes de que se conviertan en un riesgo. La capacidad de anticipar fallos potenciales permite tomar medidas preventivas, mejorando la seguridad y la fiabilidad de las baterías durante su ciclo de vida.
Finalmente, el centro trabaja en modelos de propagación térmica que ayudan a entender cómo se comporta el calor dentro de una batería y cómo se puede controlar para evitar reacciones en cadena peligrosas. Estos modelos son esenciales para diseñar baterías más seguras y establecer protocolos de seguridad que minimicen el riesgo de incidentes.
