Estudio sobre las características de tolerancia a la radiación térmica de las baterías de iones de litio

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La electroquímica
• Almacenamiento de energía

Sus antecedentes:

• Las baterías de iones de litio (LIB) son cruciales para el almacenamiento de energía y los vehículos eléctricos, pero su seguridad, especialmente en lo que respecta a la fuga térmica (TR), es una preocupación significativa.
• El TR en LIB puede dar lugar a incendios y explosiones peligrosas, por lo que es necesario investigar su tolerancia en diversas condiciones de activación.
• La comprensión de TR bajo radiación térmica externa es vital para el diseño de sistemas LIB y protocolos operativos más seguros.

Objetivo del estudio:

• Investigar las características de tolerancia al escape térmico de las baterías de fosfato de litio-hierro (LFP, por sus siglas en inglés) y de cobalto de níquel-manganeso (NCM, por sus siglas en inglés) bajo diferentes niveles de radiación térmica externa.
• Determinar los umbrales y las zonas de tolerancia a la radiación térmica para las baterías LFP y NCM.
• Desarrollar modelos predictivos de la duración de la exposición a la radiación térmica que pueden soportar las baterías LFP y NCM antes de la TR.

Principales métodos:

• Pruebas experimentales de baterías LFP y NCM sometidas a diferentes grados de radiación térmica externa.
• Observación y registro de fenómenos típicos durante los eventos de fuga térmica.
• Desarrollo de modelos matemáticos basados en datos experimentales para predecir la duración de la tolerancia.

Principales resultados:

• Las baterías LFP demostraron un umbral de tolerancia a la radiación térmica más alto (1,88 kW m-2) en comparación con las baterías NCM (1,158 kW m-2).
• Se identificaron distintos fenómenos de fuga térmica y zonas de tolerancia tanto para la química de las baterías LFP como para la NCM.
• Se desarrollaron modelos de predicción precisos para la duración de la tolerancia con una alta adecuación (R2 = 0,96166 para NCM, R2 = 0,97698 para LFP).

Conclusiones:

• Las baterías LFP ofrecen un rendimiento de seguridad superior en cuanto a la tolerancia a la radiación térmica en comparación con las baterías NCM.
• Los modelos de predicción desarrollados pueden estimar con precisión el tiempo hasta la fuga térmica en condiciones específicas de radiación térmica.
• Esta investigación proporciona datos críticos para mejorar el diseño de seguridad y las directrices operativas de los sistemas LIB expuestos a fuentes de calor externas.