El informe de IDTechEx, «Materiales de protección contra incendios para baterías de vehículos eléctricos 2025-2035: mercados, tendencias y previsiones», prevé una tasa de crecimiento anual compuesta del 15 % para estos materiales, pero cada batería tendrá sus propios requisitos, lo que dará lugar a una amplia gama de oportunidades para los materiales.
¿Qué tipos de baterías se utilizan?
El mercado actual de los vehículos eléctricos puede segmentarse en gran medida en baterías de fosfato de hierro y litio (LFP), de menor densidad energética y coste, y baterías de níquel, manganeso y cobalto (NMC), de mayor densidad energética y coste. Esto se refiere al cátodo y, aunque existen muchos subconjuntos y están surgiendo nuevas variantes, el siguiente análisis se basará en gran medida en esta distinción. También existen baterías de estado sólido futuras en las que se elimina el electrolito líquido en favor de uno sólido, lo que aumenta aún más la densidad energética y puede mejorar la seguridad, aunque el estado sólido abarca una amplia gama de composiciones químicas y cada una de ellas requiere su propia evaluación.
¿Qué probabilidad hay de que se produzca un sobrecalentamiento?
Hay varias causas de sobrecalentamiento, entre ellas la sobrecarga, el sobrecalentamiento, los cortocircuitos internos y los daños mecánicos. Un defecto de fabricación en cualquier tipo de celda podría provocar un cortocircuito interno, lo que podría dar lugar a un sobrecalentamiento.
Sin embargo, algunas composiciones químicas son mejores que otras en cuanto a estabilidad térmica. El LFP es más estable térmicamente que el NMC, lo que significa que es menos probable que se sobrecaliente. Lo mismo ocurre con las baterías de estado sólido, en las que la eliminación del electrolito líquido mejora la estabilidad térmica.
¿Qué baterías se calientan más?
La temperatura a la que se calienta una batería puede influir en la elección de los materiales de protección utilizados. Los estudios sugieren que esto está relacionado con la densidad energética de la célula. Las celdas con mayor contenido de níquel (y, por lo tanto, mayor densidad energética) alcanzarán temperaturas más altas durante el sobrecalentamiento, por ejemplo, las células NMC 811 podrían alcanzar unos 800-900 ℃, mientras que las células LFP tienden a estar por debajo de los 600 ℃.
Es posible que las futuras celdas de estado sólido sean menos propensas a entrar en fuga térmica, pero los primeros estudios han demostrado que, en un escenario de cortocircuito interno, la mayor densidad energética de las baterías de estado sólido puede alcanzar temperaturas incluso superiores a las de las NMC, superando los 1500ºC, pero esto dependerá del tipo específico de batería y aún es pronto para realizar pruebas y desarrollar baterías de estado sólido.
¿Qué ocurre con los gases generados?
Además de las altas temperaturas alcanzadas, las baterías emiten gases cuando se producen fugas térmicas. Muchos de estos gases son bastante problemáticos desde el punto de vista de la inflamabilidad o la toxicidad. Al igual que la temperatura máxima alcanzada, el volumen de gas está relacionado con la densidad energética, y las NMC con alto contenido en níquel liberan más gas que las celdas LFP. Sin embargo, la composición de los gases puede variar. Por ejemplo, se ha demostrado que el hidrógeno representa una proporción mucho mayor del gas expulsado por las LFP, mientras que el dióxido de carbono y el monóxido de carbono representan una proporción mayor de los gases expulsados por las NMC.
Resumen y perspectivas
Aunque los incendios en los vehículos eléctricos son muy poco frecuentes, siguen suponiendo un riesgo en casos extremos. En la actualidad se utilizan varios tipos de baterías y composiciones químicas, y en el futuro aparecerán otras nuevas. No sería prudente dar por sentado que una batería es 100 % segura. Por lo tanto, las medidas de protección para estos casos excepcionales son de vital importancia. Existen muchos materiales que se pueden utilizar fuera de las celdas de las baterías y que pueden ayudar a prevenir o retrasar la propagación del sobrecalentamiento. Entre los materiales que ya se utilizan se encuentran las mantas cerámicas, la mica, los aerogeles, las espumas encapsulantes, los polímeros intumescentes y muchos más. Cada diseñador de baterías deberá tener en cuenta el perfil de riesgo y el diseño de su sistema de baterías.
Autor: Dr. James Edmondson, vicepresidente de Investigación de IDTechEx
