El futuro de los carros eléctricos – Colaboración

Los accidentes que envuelven carros eléctricos han ido aumentando con la popularización de este tipo de vehículos. En blogs anteriores, como el de Protección de Parqueaderos (link) se ha hablado del peligro emergente que estos representan. En esta ocasión, el blog se realizó mediante la colaboración con un experto en el tema de baterías, para conocer su funcionamiento, peligros, complementado con la perspectiva de ingeniería contra incendios frente a los vehículos eléctricos.

Los problemas de estabilidad y seguridad de los materiales constituyen el principal obstáculo para el avance de la tecnología de baterías que puede superar uno de los grandes desafíos del siglo XXI: hacer que la energía esté disponible cuando y donde se necesite. La estabilidad de la batería está determinada por reacciones interfaciales electrodo-electrolito que resultan en la ruptura y degradación del electrolito. Sin embargo, todas las baterías recargables con tecnología de punta padecen un problema similar: no comprendemos las reacciones y los productos que se forman en sus regiones interfaciales. Esta falta de comprensión impide el uso omnipresente de baterías fabricadas utilizando tecnología revolucionaria.

El hecho de que las baterías se incendien debido a la evolución del oxígeno y los cortocircuitos es una de las razones por las que algunos modos de transporte, como los vehículos eléctricos y los aviones eléctricos, aún no se han implementado por completo. Se generó conciencia en todo el mundo después de que una batería de iones de litio (LiB) de la aerolínea japonesa, Japan Airlines (JA829J), se viera altamente afectada por una reacción térmica fuera de control, es decir que no tiene vuelta atrás. Esta reacción fuera de control se produce por el oxígeno descompuesto del material del cátodo que está compuesto de óxido de cobalto litiado, el cual reacciona con los electrolitos.

Además, la formación de estructuras de litio en forma de aguja perfora los componentes de la batería y provoca cortocircuitos. Estas estructuras de litio en forma de aguja se forman debido a la deposición desigual de iones de litio en la superficie del electrodo. Investigaciones recientes muestran que estas reacciones no deseadas se pueden controlar si se puede insertar una capa de recubrimiento entre los electrodos de la batería. La aplicación de esta y otras estrategias puede acelerar el desarrollo de estas tecnologías. Esto representaría un cambio de paradigma en los sistemas energéticos que traen beneficios económicos a nuestra sociedad. Se considera que el riesgo de un incendio en un auto eléctrico es potencialmente mayor que en vehículos de combustión interna. Además, los servicios de emergencia no se encuentran preparados para mitigar este tipo de incendios, pues los procedimientos de extinción normalmente usados no funcionan para este tipo de incendios. Por ejemplo, existe la posibilidad de que la batería de litio sufra un proceso de autoignición incluso estando estacionado. También, al estar la batería en un empaque hermético puede suceder que los mecanismos de extinción no lleguen a la parte interna de la batería y esta continúe con el proceso químico que conlleve a un nuevo incendio.

Existen diferentes niveles donde la ingeniería contra incendios puede atacar los incendios producidos en los carros eléctricos. Primero, en un nivel fundamental se espera poder diseñar internamente una batería en la que no se presenten cortos circuitos, sobrecalentamiento o se den reacciones térmicas fuera de control. Segundo, en un nivel más macroscópico de la batería, se está trabajando en compartimentar los módulos para que no haya una propagación de las reacciones en cadena a lo largo de la batería. También, se está estudiando la posibilidad de integrar un sistema de detección y extinción dentro de la misma, mediante un sistema integrado que gestione el funcionamiento seguro de esta. Otro de los niveles es el diseño del vehículo en sí mismo, dónde se pide a los fabricantes generar una guía para los servicios de emergencia donde se especifique el tipo de batería, como deshabilitar los sistemas eléctricos y finalmente como neutralizar un incendio después de una colisión. Por ejemplo, algunas de las estrategias implementadas en Mercedes-Benz es colocar las celdas de la batería en un gel absorbente de impactos con un circuito de refrigeración independiente. Finalmente, en un nivel más grande sabiendo que estos vehículos usualmente se cargan mientras se encuentran estacionados, se considera instalar las estaciones de carga cerca de los puntos de ingreso/egreso donde se presenta una buena ventilación, sobre todo para parqueaderos subterráneos o multinivel.

En conclusión, los vehículos eléctricos se vienen desarrollando décadas atrás. Sin embargo, aún existe la necesidad de investigación y estandarización relacionada con el uso baterías de alto voltaje de litio. Es una tecnología que está ganando adeptos y se espera que se popularice su uso en los años venideros, sin embargo, representa un peligro que debe mitigarse. Existen diferentes estrategias de protección en varios niveles, algunas más desarrolladas que otras. Por el momento, se recomienda hacer una evaluación del riesgo y generar una estrategia de protección de acuerdo a este.