Cada fabricante tiene una manera distinta de diseñar y montar las baterías de sus vehículos eléctricos. Uno de los criterios más importantes a la hora de tomar las decisiones técnicas relacionadas con ella es la seguridad y en concreto la posibilidad de que se produzca un incendio. La percepción pública sobre la seguridad de estos vehículos, las regulaciones y el impacto financiero obligan a los fabricantes a estudiar con detalle que materiales utilizar para prevenirlos.
Si bien la probabilidad de que se incendie la batería de un vehículo eléctrico es muy pequeña en relación con los kilómetros recorridos, eso no significa que los fabricantes puedan ignorar este problema. Varios son los factores que influyen en la seguridad de una batería: la química de la celda, el formato, el sistema de gestión térmica. Incluso optimizando estos conceptos no existe un riesgo cero de que se produzca una fuga térmica en una batería de iones de litio.
Por eso, un método fundamental para elevar la seguridad contra un incendio está en los materiales que se usan para la protección pasiva. Estos materiales están diseñados para limitar la propagación de fugas térmicas entre las celdas prolongando el tiempo que tarda un incendio en salir del paquete de baterías.
La consultora IDTechEx ha publicado el informe Fire Protection Materials for EV Batteries (materiales de protección contra incendios para baterías para vehículos eléctricos), en el que realiza un estudio en profundidad de los materiales más adecuados, incluyendo una evaluación comparativa, cuotas de mercado y previsiones para los próximos diez años.
Celdas prismáticas y tipo bolsa
Seleccionar los materiales más adecuados para proteger la propagación de un incendio en la batería depende en primer lugar del formato de las celdas: cilíndrico, prismático o tipo bolsa. En este caso, la forma rectangular de las prismáticas implica el uso de materiales aplicados en forma de lámina o almohadilla entre las celdas. Un diseño similar al que se emplea en las celdas tipo bolsa, aunque en este caso debe considerarse con cuidado la expansión y contracción de las celdas durante los ciclos de carga y descarga.
En estas aplicaciones se suelen utilizar láminas delgadas de aislamiento eléctrico que en el caso de las celdas de bolsa incluyen una almohadilla de compresión de espuma. Pero para simplificar la fabricación se está imponiendo el uso de materiales que pueden proporcionar más de una función. Los aerogeles ofrecer un excelente aislamiento térmico, lo que es una razón clave para su aplicación en entornos industriales ya que sus propiedades mecánicas los hacen ideales para su uso como almohadilla de compresión.
En vista de este avance de los aerogeles, los fabricantes de almohadillas de compresión han creado nuevos productos que también aportan beneficios en la protección contra incendios que pueden emplearse como una solución única en el diseño de las baterías.
Celdas cilíndricas
Los paquetes de baterías que utilizan celdas cilíndricas representaron el 24 % del mercado de automóviles eléctricos en 2021. Los materiales que se usan en ellas con muy diferentes a los de las celdas en bolsa y prismática. Al no poderse apilar y no ser necesario considerar la expansión y contracción en el mismo grado, el material de protección contra incendios debe desempeñar un papel alternativo.
La opción más utilizada en estos casos es una espuma de encapsulación que proporciona aislamiento térmico, protección contra incendios y estructura para las celdas. El gran tamaño de los paquetes de baterías implica que una baja densidad de estas espumas es también clave.
Pero las espumas no son la única opción para este formato de celdas. En el caso de los paquetes de baterías más pequeños pueden suponer un problema para el sistema de gestión térmica ya que ocupan espacio para la incorporación de los sistemas de enfriamiento activo. El uso de encapsulantes o materiales de cambio de fase proporciona a la vez conductividad térmica y protección contra incendios.
Materiales externos a las celdas
Además de los materiales que se colocan entre las celdas, las baterías utilizan materiales que se colocan a nivel de paquete, ya sea como una lámina entre las celdas/módulos y la tapa o como un revestimiento aplicado a la carcasa de la batería.
Entre los materiales más utilizado están las mantas de cerámica, la mica o los aerogeles aplicados como láminas. Además también se han empleado tecnologías como revestimientos intumescentes que proporcionan una capa final de protección contra incendios entre las celdas de la batería y el propio vehículo.
Evolución del mercado
IDTechEx concluye que muchos de los materiales existentes utilizados hasta ahora seguirán conservando una gran cuota de mercado. Pero también advierte que hay varios que aumentarán significativamente su cuota en un mercado en rápida expansión. Su informe proporciona puntos de referencia sobre materiales y pronósticos de mercado a diez años vista en todas las categorías de materiales, incluidas mantas/láminas de cerámica (y otros no tejidos), mica, aerogeles, recubrimientos (intumescentes y otros), encapsulantes, espumas encapsulantes, almohadillas de compresión y materiales de cambio de fase
