En las últimas dos décadas, baterías de iones de litio Se han utilizado ampliamente en dispositivos portátiles como teléfonos, computadoras portátiles y fuentes de alimentación portátiles debido a su excelente rendimiento. Se prefieren por su alta densidad de energía, su largo ciclo de vida, su mínimo efecto de memoria y su diseño de forma controlable, y el papel que desempeñan en la vida de las personas es extremadamente importante.
No solo eso, en los últimos cinco años, las baterías de iones de litio también han sido reconocidas como la mejor fuente de energía para vehículos eléctricos híbridos (HEV), vehículos eléctricos híbridos enchufables y vehículos eléctricos. Sin embargo, si bien ofrecen una gran comodidad, las baterías de iones de litio también conllevan algunos peligros potenciales y, en ocasiones, se producen accidentes causados por combustión y explosión.
A medida que las baterías de iones de litio ocupan una posición cada vez más importante en la vida de las personas, su desempeño en materia de seguridad ha atraído cada vez más atención. Aquí analizaremos por qué las baterías de iones de litio siguen siendo una de nuestras fuentes de energía más confiables y qué se hace para garantizar que sigan siendo seguras.
Índice del contenido
Por qué las baterías de iones de litio son parte integral de nuestra vida diaria
Problemas de seguridad de las baterías de iones de litio
El índice de evaluación del desempeño de seguridad de las baterías de iones de litio
Estrategias de mejora de la seguridad de las baterías de iones de litio
Recomendaciones de uso y mantenimiento de la batería.
Por qué las baterías de iones de litio son parte integral de nuestra vida diaria
Desde finales del siglo XIX hasta principios del siglo XX, con el avance de la ciencia y la tecnología y la necesidad del desarrollo industrial, la energía eléctrica se ha convertido en una fuente de energía indispensable para el ser humano. Durante mucho tiempo hemos buscado y desarrollado dispositivos que puedan almacenar energía eléctrica de manera eficiente, probando con capacitores, almacenamiento de energía con aire comprimido, almacenamiento de energía con aire líquido, etc., y finalmente nos decidimos por las baterías químicas.
La primera batería química se remonta a la batería de plomo-ácido del siglo XIX. Luego, después de 19 años de desarrollo continuo, nació la batería de iones de litio. Debido a su alta densidad de energía, su alto ciclo de vida, su baja contaminación ambiental y otros factores, las baterías de iones de litio se convirtieron rápidamente en las más utilizadas en todo el mundo.
Las baterías de iones de litio se utilizan ahora en diversos campos, especialmente en energía, comunicaciones, investigación científica, aeroespacial e industrias emergentes. Según las estadísticas, en 2016, la capacidad del mercado de baterías de iones de litio de China era de 65.4 GWh y, durante los cinco años siguientes, creció hasta alcanzar los 324.0 GWh en 2021. Entre 2016 y 2020, la cuota de mercado mundial de las empresas chinas de baterías de litio aumentó del 50 % al 73%. Luego, debido al impacto de la epidemia, bajó al 70%.
Problemas de seguridad de las baterías de iones de litio
Peligros en el proceso de producción.
El litio tiene propiedades químicas extremadamente activas, por lo que en el proceso de producción, el material del electrodo y el electrolito de las baterías de iones de litio aumentan a medida que aumenta la temperatura interna, lo que representa un peligro para la seguridad. Por otro lado, el uso de un sistema electrolítico, debido a que el voltaje de descomposición del disolvente orgánico es bajo, es fácil de oxidar, provocando que la batería se incendie o incluso explote si se produce una fuga. Además, la estructura del material del electrodo y la elección del diafragma o electrolito, etc., pueden plantear problemas de seguridad adicionales.
Riesgos de seguridad durante el uso
Durante su uso, las baterías de iones de litio también plantean riesgos para la seguridad. Por ejemplo, la carga y descarga excesiva durante el uso puede dañar la estructura interna de la batería, provocando fugas, incendios y otros problemas. Sin embargo, con la mejora continua y la madurez de la tecnología del sistema de gestión de baterías (BMS), esto se ha vuelto poco probable. Además, cuando la batería de iones de litio se aprieta, se perfora o se impacta, la estructura interna de la batería puede dañarse y provocar problemas similares.
Riesgos de seguridad durante el reciclaje
Con la aplicación a gran escala de las baterías de iones de litio, el número de baterías retiradas también aumenta año tras año. Durante el proceso de reciclaje de baterías fuera de servicio, pueden filtrarse sustancias tóxicas como cobalto y níquel, lo que supone una amenaza para el medio ambiente y la salud humana. Si la estructura interna de la batería se daña o se libera energía eléctrica residual, también aumenta la posibilidad de incendio.
El índice de evaluación del desempeño de seguridad de las baterías de iones de litio
A continuación, veremos el índice de evaluación de seguridad de las baterías de iones de litio para comprender mejor lo que indican las distintas clasificaciones:
IEC62133 es el estándar de prueba de seguridad para baterías y baterías de iones de litio, así como el requisito de seguridad para probar baterías secundarias y baterías que contienen electrolitos alcalinos o no ácidos. Se utiliza para probar LiB utilizados en electrónica portátil y otras aplicaciones. IEC62133 aborda peligros químicos y eléctricos y problemas mecánicos como vibraciones y golpes que pueden representar una amenaza para los consumidores y el medio ambiente.
ONU/DOT38.3 (también conocida como prueba T1-T8 y UNST/SG/AC.10/11/Rev.5) cubre todas las pruebas de seguridad en el transporte para LIB, baterías de metal litio y baterías en general. El estándar de prueba consta de ocho pruebas (T1-T8), todas ellas centradas en peligros específicos del transporte. UN/DOT38.3 es un estándar de autocertificación que no requiere pruebas de terceros independientes, pero el uso de laboratorios de pruebas de terceros es común para reducir el riesgo de litigios en caso de accidente.
IEC62619 cubre los estándares de seguridad para baterías secundarias de litio y paquetes de baterías y especifica los requisitos de aplicación de seguridad para LIB en electrónica y otras aplicaciones industriales. Los requisitos de prueba estándar IEC62619 son adecuados para aplicaciones estacionarias y dinámicas. Las aplicaciones estacionarias incluyen telecomunicaciones, sistemas de alimentación ininterrumpida (UPS), sistemas de almacenamiento de energía eléctrica, interruptores de servicios públicos, fuentes de alimentación de emergencia y aplicaciones similares. Las aplicaciones eléctricas incluyen montacargas, carritos de golf, vehículos guiados automáticamente (AGV), ferrocarriles y barcos, y excluyen los vehículos de carretera.
UL1642 es el estándar UL para la seguridad de las baterías de litio, que especifica los requisitos estándar para las baterías de litio primarias y secundarias utilizadas como fuentes de energía en productos electrónicos. La cobertura técnica incluye las baterías de litio utilizadas por técnicos profesionales así como las utilizadas por usuarios comunes. Las baterías de litio utilizadas por técnicos profesionales deben contener 5 gramos o menos de litio metálico por unidad de batería, mientras que el contenido de las baterías para uso del consumidor no debe exceder 1 gramo. Las baterías que superan estos estándares requieren inspecciones y pruebas adicionales para determinar si se pueden utilizar para el fin previsto. UL1642 no cubre el riesgo de toxicidad debido a la ingestión de baterías de litio o la exposición al litio metálico debido a daños o cortes en la batería.
UL2580 es el estándar de seguridad de baterías de UL para vehículos eléctricos y consta de una serie de pruebas, que incluyen: cortocircuito de batería de alta corriente, compresión de la batería y compresión de las celdas de la batería (vertical).
Estrategias de mejora de la seguridad de las baterías de iones de litio
Las baterías de iones de litio se utilizan ampliamente en vehículos eléctricos, sistemas de almacenamiento de energía, electrónica de consumo y otros productos, y su seguridad está directamente relacionada con la vida de las personas. Los accidentes con baterías, como los causados por fugas térmicas, explosiones, etc., pueden provocar víctimas graves y pérdidas materiales.
Algunos avances recientes relacionados con la seguridad de las baterías de iones de litio incluyen:
Nuevos desarrollos tecnológicos
La introducción de nuevas tecnologías de seguridad, como la tira laminada en frío niquelada electrolítica de Ecovolta hecha de conectores de batería, que desconecta automáticamente las baterías defectuosas del resto del paquete de baterías cuando surge un problema, ayuda a evitar accidentes. Además, los diseños estructurales de los paquetes de baterías se mejoran constantemente mediante materiales más resistentes y tecnología de embalaje de alta resistencia para ayudarlos a resistir impactos externos.
Optimice los sistemas de gestión de baterías (BMS), fortalezca el monitoreo en tiempo real del estado de un paquete de baterías, detectando y manejando anomalías de manera oportuna. Además, constantemente se desarrollan e implementan materiales de batería más seguros, como composiciones mejoradas en electrodos positivos, electrodos negativos y electrolitos para reducir el riesgo de fuga térmica.
Otras estrategias implican optimizar el diseño de la batería, como el uso de electrodos de película delgada, ánodos de silicio y otras tecnologías nuevas para mejorar la estabilidad térmica de la batería. Aumentar los dispositivos de protección de la batería, como agregar materiales retardantes de llama entre los electrodos positivos y negativos, diafragmas a prueba de explosiones, etc., también ayuda a reducir el impacto de los cortocircuitos y la fuga térmica.
Investigación científica
En general, la mayoría de las baterías de iones de litio constan de membranas de poliolefina, electrolitos orgánicos líquidos (incluidos carbonato de vinilo, carbonato de dietilo y carbonato de dimetilo), sales de litio y electrodos positivos y negativos. Generalmente se considera que la baja estabilidad térmica y la inflamabilidad del diafragma y el electrolito son las principales razones de la combustión y explosión de las baterías de iones de litio. Por tanto, es de gran importancia mejorar la seguridad de las baterías de iones de litio desde la perspectiva del diafragma y los electrolitos. Por un lado, mediante la incorporación de retardantes de llama líquidos a base de fosfatos, los investigadores pueden conseguir una reducción significativa de la inflamabilidad de los electrolitos y mejorar el rendimiento electroquímico de las baterías de litio. Los radicales fósforo-oxígeno producidos a altas temperaturas pueden atrapar activamente los radicales libres producidos por la combustión para terminar la combustión. Por otro lado, los investigadores han desarrollado un número importante de membranas de base inorgánica, que se utilizan ampliamente para mejorar la estabilidad térmica y la porosidad de las membranas, dando a las baterías de iones de litio un mayor rendimiento de seguridad y un excelente rendimiento electroquímico.
Sistemas de reciclaje sonoros.
Como mencionamos anteriormente, con la aplicación a gran escala de baterías de iones de litio, el número de baterías retiradas también aumenta año tras año, y el establecimiento de un sistema sólido de reciclaje de baterías de iones de litio es de gran importancia para el uso racional de recursos naturales, la protección del medio ambiente y la promoción del desarrollo de nuevas industrias energéticas. La construcción de un sistema de batería de iones de litio fuera de servicio implica muchos aspectos, incluida la gestión del transporte y el almacenamiento de la batería, la investigación y el desarrollo de tecnología de reciclaje, el diseño de la batería, el establecimiento de un nuevo sistema fuente, la publicidad y la popularización. Para las personas, también es importante complementar las pautas de reciclaje seguro con una comprensión del peligro de las baterías y la práctica segura de reciclar las baterías de acuerdo con las regulaciones.
Si bien las baterías de iones de litio plantean ciertos riesgos de seguridad durante el proceso de producción, uso y reciclaje, su seguridad puede mejorarse efectivamente optimizando el proceso de producción, fortaleciendo el uso de orientación y supervisión y estableciendo un sistema sólido de reciclaje y tratamiento. En el futuro, con el progreso continuo de la tecnología y la aplicación de nuevos materiales, se cree que el rendimiento de seguridad de las baterías de iones de litio mejorará aún más, aportando más comodidad y seguridad a nuestras vidas.
Recomendaciones de uso y mantenimiento de la batería.
Carga correcta: Utilice los cargadores originales o compatibles con la batería para cargarla y evite el uso de cargadores incompatibles. No deje que la batería se descargue completamente antes de cargarla; Intente cargar cuando la batería esté por debajo del 20%. Al cargar, elija la carga lenta, si está disponible, y evite la carga rápida para prolongar la vida útil de la batería.
Uso correcto: Evite funcionar con carga alta durante mucho tiempo para no sobrecalentar la batería. En condiciones de uso normal, la batería debe mantenerse a una temperatura adecuada y no exponerla a temperaturas altas o bajas. Además, evite dejar la batería inactiva durante mucho tiempo para no provocar que su rendimiento disminuya.
Almacenamiento: Si no va a utilizar la batería durante un período de tiempo prolongado, guárdela en un ambiente seco y fresco (en lugar de uno con condiciones de alta o baja temperatura). Cuando se almacena, la energía de la batería debe estar aproximadamente al 50 % para ayudar a prolongar su vida útil.
Evite la carga y descarga excesiva: No cargue la batería al 100% ni deje que se descargue al 0%; intente mantenerla en el rango del 20-80%. La sobrecarga y descarga pueden acortar la vida útil de la batería.
Compruebe periódicamente el rendimiento de la batería: Si descubre que la vida útil de la batería se reduce significativamente o el rendimiento se reduce, verifique o reemplace la batería según sea necesario.
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