Discusión sobre los estándares de seguridad de las baterías de litio

Introducción

Las baterías de litio se han vuelto muy comunes en casi todos los hogares durante la última década. Los usamos para alimentar nuestros teléfonos móviles, computadoras portátiles e incluso algunos automóviles. Estas baterías se han convertido en el estándar de la industria para dispositivos de almacenamiento recargables. Las baterías de litio están bajo escrutinio debido a eventos de alto perfil que han creado una atención de los medios no deseada hacia la industria. Ha habido incendios y accidentes de baterías de iones de litio y esto ha hecho que la seguridad de las baterías de litio sea un problema. Hay tantas células en circulación. Lo peor es que los fabricantes deshonestos están tomando atajos al no seguir los estándares aceptados de la industria para capitalizar la alta demanda.

La constatación de que estas baterías no son intrínsecamente seguras y que pueden ser un peligro para el público cuando se manipulan incorrectamente o se fabrican de manera deficiente ha provocado la necesidad de más regulaciones. Las nuevas regulaciones tomarán algún tiempo en aplicarse, sin embargo, las regulaciones vigentes se crearon para mejorar la calidad de las baterías de iones de litio.

¿Por qué necesita conocer los estándares de seguridad de las baterías de litio?

Las baterías de litio tienen densidades de energía más altas que otras baterías. Son populares porque empaquetan significativamente más energía en un paquete pequeño. Su química los hace más propensos a incendiarse bajo ciertas condiciones porque contienen un electrolito inflamable y se mantienen presurizados. Esto crea nuevos desafíos de uso, almacenamiento y manipulación.

Según varios estudios, el daño físico, el abuso eléctrico, como cortocircuitos y sobrecargas, y la exposición a temperaturas elevadas, pueden provocar una fuga térmica. La fuga térmica se refiere al autocalentamiento rápido de una reacción química exotérmica que puede resultar en una fuga térmica de reacción en cadena de las células adyacentes.

Además, los defectos del fabricante, que pueden incluir contaminantes e imperfecciones en el proceso de fabricación, pueden provocar una fuga térmica. En ese caso, la reacción vaporiza el electrolito orgánico y aumenta la presión dentro de la carcasa de la celda. Si la caja explota o falla, se liberan los gases tóxicos e inflamables dentro de la celda. El electrolito inflamable podría arder.

La gravedad de la reacción generalmente depende de varios parámetros, incluido el tamaño de la batería, la química, la construcción y el estado de carga de la batería. La mayoría de las reacciones importantes de la batería provocan la liberación de los mismos componentes peligrosos, como un electrolito inflamable. Gases tóxicos y escombros voladores. En la mayoría de los casos, se produce una combustión sostenida del electrolito y del material de la carcasa.

Las explosiones de las baterías de iones de litio pueden provocar daños personales y materiales. Por lo tanto, es importante conocer los estándares de seguridad de las baterías de litio para saber cómo manipular, usar y almacenar con cuidado estas baterías.

Los incendios de las baterías de litio son difíciles de apagar. Aunque es posible apagar las llamas de los incendios de baterías con agua, el agua no detiene la fuga térmica y, por lo tanto, las llamas a menudo regresan. En los aviones, los gases ventilados de las baterías sobrecalentadas pueden provocar una explosión capaz de desactivar el sistema de supresión.

No podemos dejar de reconocer que el ion-litio es una de las químicas de batería más exitosas y seguras disponibles. Cada año se lanzan al mercado dos mil millones de células. Las celdas de iones de litio con cátodos de cobalto contienen el doble de energía que las baterías de níquel y cuatro veces más que las de plomo-ácido. Las baterías de litio son un sistema de bajo mantenimiento, una ventaja que la mayoría de las demás químicas no tienen. Las baterías no tienen memoria y por lo tanto no requieren ciclos programados para prolongar su vida.

Una guía sobre los estándares de seguridad de las baterías de litio

Existe un alto uso de celdas de iones de litio en teléfonos móviles, cámaras digitales, computadoras portátiles y linternas. Con un uso elevado, es probable que surjan problemas. Se dice que una tasa de falla de uno en 200,000 provocó el retiro del mercado de casi seis millones de paquetes de iones de litio utilizados en computadoras portátiles fabricadas por Dell y Apple. Las fallas relacionadas con el calor se toman muy en serio y los fabricantes creen que es mejor retirar los dispositivos con baterías con tales fallas. La decisión de retirar los dispositivos y reemplazar las baterías tranquiliza al consumidor y elimina la necesidad de demandas.

Debe comprender que las baterías de litio son seguras de usar y que las fallas relacionadas con el calor son raras. Los fabricantes logran esta alta confiabilidad agregando tres capas de protección. La primera capa es la de limitar la cantidad de material activo para lograr un equilibrio funcional de densidad energética y seguridad; la segunda capa implica la inclusión de varios mecanismos de seguridad dentro de la celda; el tercero implica la adición de un circuito de protección electrónico en el paquete de baterías.

Estas capas de protección funcionan de varias maneras: hay un dispositivo PTC que está integrado en la celda y proporciona protección para evitar sobrecargas de corriente. Hay un dispositivo de interrupción de circuito (CID) que abre la ruta eléctrica si un voltaje de carga excesivamente alto aumenta la presión interna de la celda. Finalmente, la ventilación de seguridad permite una liberación controlada de gas en caso de un aumento rápido de la presión interna de la celda.

El circuito de protección electrónico que es externo a las celdas abre un interruptor si el voltaje de carga de cualquier celda alcanza el nivel requerido, que es 4.30V. Luego, un fusible corta el flujo de corriente si la temperatura de las celdas se acerca a los 90 ° C.

Un problema importante con las baterías de litio surge si un cargador defectuoso o la electricidad estática han destruido el circuito de protección de la batería. Si ocurre tal daño, puede fusionar permanentemente los interruptores de estado sólido en una posición activada sin que el usuario lo sepa. Sin embargo, una batería con un circuito de protección defectuoso seguirá funcionando normalmente pero no brinda protección contra el abuso.

Otro problema de seguridad es la carga a baja temperatura. Las baterías de iones de litio de consumo no se pueden cargar por debajo de cero grados Celsius. Puede parecer que la batería se está cargando normalmente, pero se produce un recubrimiento del litio metálico en el ánodo mientras está en una carga por debajo del punto de congelación. El enchapado es permanente y no se puede revertir. Si esto sucede repetidamente, tal daño puede comprometer la seguridad de la batería de tal manera que se vuelva más vulnerable a fallas si se somete a impacto, aplastamiento o carga a alta velocidad.

Hay fabricantes deshonestos que producen muchas baterías que no son de marca y que son populares entre los usuarios de teléfonos celulares debido a su bajo precio. Muchas de estas baterías no ofrecen el mismo alto estándar de seguridad que el equivalente de la marca principal. Recuerde que obtiene lo que paga, por lo tanto, un comprador inteligente debería estar dispuesto a gastar un poco más y reemplazar la batería con un modelo aprobado.

Para evitar la liberación de baterías inseguras en el mercado, la mayoría de los fabricantes venden baterías de litio solo a ensambladores de paquetes de baterías aprobados. La inclusión de un circuito de seguridad homologado forma parte del requisito de compra. La precaución de seguridad es especialmente crítica en baterías de iones de litio más grandes, como los paquetes de baterías de computadoras portátiles. El peligro de una batería más grande es mucho mayor que el de una batería pequeña, como la de un paquete de teléfono celular, en caso de falla. Es por esta razón que muchos fabricantes de computadoras portátiles tienen un código secreto en cada batería al que solo puede acceder la computadora correspondiente. Esto evita que las baterías que no sean de marca se infiltran en el mercado.

¿Qué más puede hacer por la seguridad de las baterías de litio?

Todos los usuarios de baterías de litio pueden hacer algo por la seguridad de estas baterías. Lo que le hagas a tu batería determina si estás garantizando tu seguridad o no. Una de las cosas que puede hacer para garantizar la seguridad de la batería de litio es su almacenamiento. Las baterías deben almacenarse lejos de materiales combustibles. Las baterías deben almacenarse en lugares frescos y secos donde las pilas nuevas estén separadas de las pilas agotadas. Además, debe quitar las baterías del dispositivo para un almacenamiento a largo plazo.

La otra cosa es la práctica de carga. Debe cargar o descargar la batería aproximadamente al 50% de su capacidad antes de almacenarla por un período prolongado. Debe desconectar las baterías de inmediato si, durante la carga o el funcionamiento, emiten un olor inusual, se sobrecalientan, se hinchan o se comportan de manera anormal. Siempre retire las baterías de los cargadores inmediatamente después de que se complete la carga. No sobrecargue ni descargue demasiado las baterías.

Debe manipular la batería o los dispositivos que funcionan con batería con precaución para evitar dañar la carcasa o las conexiones de la batería. Debe mantener sus baterías alejadas de materiales conductores, agua, oxidantes fuertes y ácidos fuertes. Además, sus baterías no deben colocarse bajo la luz solar directa, superficies calientes o lugares con temperaturas extremas.

Conclusión

Las baterías de litio son muy útiles en nuestras vidas. Han causado poco daño debido a sus incendios que ocurren en eventos muy raros. Las baterías de iones de litio son seguras de usar, especialmente ahora con el avance y la investigación en esta tecnología. Si se asegura de manipular y utilizar correctamente las baterías, garantizará su seguridad y la seguridad de las baterías de litio.