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Objetivo: mejorar la seguridad de las baterías de ion de litio de los vehículos eléctricos

El CMT-Motores Térmicos trabaja en nuevas tecnologías que eviten la fuga térmica en estas baterías. Su trabajo ha despertado el interés de multinacionales de la automoción y de la NASA

[ 07/03/2022 ]

Investigadores de la Universitat Politècnica de València (UPV), pertenecientes al Instituto CMT Motores Térmicos, trabajan en diferentes proyectos nacionales e internacionales para mejorar la seguridad de las baterías de ion de litio, las más utilizadas actualmente en los vehículos eléctricos.

Tal y como apunta Antonio García, investigador del CMT-Motores, el futuro del sector de la automoción pasa, en gran medida, aunque no exclusivamente, por el uso masivo de las baterías eléctricas de ion de litio, si bien actualmente hay algunos problemas que pueden afectar a su seguridad. Uno de ellos es su estabilidad térmica.

“Las baterías de ion de litio en ciertas condiciones no son seguras. Hay un fenómeno que se conoce como fuga térmica (thermal runaway), que puede acabar provocando el incendio de la batería, con el consiguiente riesgo para los ocupantes del vehículo. La energía térmica liberada durante este proceso es del orden de 5,4 veces la energía eléctrica contenida en la batería, por lo que hay que extremar las precauciones. La inestabilidad térmica de las baterías se puede dar en condiciones de alta demanda, por ejemplo, durante las cargas rápidas. Si esto no se gestiona bien, puede entrar en fuga térmica y generar un incendio. Como apunte, una ciudad alemana ya ha prohibido el estacionamiento de coches eléctricos en garajes subterráneos”, explica García.

Para reducir esos riesgos, el equipo del CMT-Motores Térmicos de la UPV trabaja en dos proyectos europeos y otros dos nacionales cuyo objetivo es descifrar mejor todos los problemas asociados al thermal runaway de las baterías de ion de litio, tanto actuales como las que llegarán al mercado en los próximos quince años.

“Estamos aplicando nuestros más de 40 años de trabajo centrados en motores de combustión a este fenómeno que afecta a las baterías de ion de litio. Queremos conocer hasta el más mínimo detalle del proceso de combustión en baterías para contribuir a hacerlas lo más seguras posibles. Y ya tenemos nuestros primeros resultados”, apunta Javier Monsalve. Estos resultados se han publicado en las revistas Applied Thermal Engineering e International Journal of Heat and Mass Transfer.

Uno de ellos es el desarrollo de una instalación experimental, en colaboración con AVL Ibérica, para poder visualizar cómo se desarrolla el proceso de combustión de una batería. Junto con el análisis de los gases emitidos, se podrá realizar una caracterización físico-química del proceso en distintas condiciones como diferentes estados de carga, composición del ambiente, etc., que permitirán el desarrollo de mecanismos de cinética química asociados al proceso.

Además, el equipo de la UPV trabaja en el proyecto DETEBAT-VE, financiado por la Generalitat Valenciana, enfocado a que las empresas que actualmente prestan servicios a Ford Almussafes se reorienten hacia la electrificación.

“El objetivo del proyecto es crear un demostrador de paquete de baterías de alto contenido energético que permita el desarrollo y validación de las tecnologías imprescindibles para incrementar su autonomía, seguridad y sostenibilidad. Desde el CMT trabajamos en los aspectos de seguridad, control térmico y desarrollo del sistema de gestión energética de la batería”, apunta Monsalve.

Interés de la NASA

El trabajo llevado a cabo desde los laboratorios de este equipo del CMT-Motores Térmicos de la UPV ha despertado el interés de grandes multinacionales del sector de la automoción, así como también de la Agencia espacial estadounidense, la NASA.

“La Agencia cuenta con un departamento dedicado íntegramente al estudio de estas baterías, claves también para el sector aeronáutica. El pasado mes de diciembre presentamos en el congreso NASA Aerospace Battery Workshop las conclusiones de nuestros trabajos más recientes en este sector, con una gran acogida”, apunta García.

Sobre el futuro de la automoción

Con estos proyectos, el equipo del CMT-Motores Térmicos aporta todo su conocimiento para un futuro del sector en el que, Antonio García, apunta en que “no habrá una única tecnología ganadora, “pues el futuro es ecléctico. Tenemos un problema global que es el CO2 y, sin la integración de vehículos eléctricos híbridos (HEV), híbridos enchufables (PHEV), 100% eléctricos (BEV), Fuel Cells, e-fuels, H2… será imposible llegar a los objetivos de reducción de emisiones marcados para 2050. Nosotros trabajamos en esa integración y, en este caso concreto, en contribuir a garantizar la máxima seguridad de las baterías de ion de litio, claves hoy ya y todavía más en un futuro a no tan largo plazo”, concluye Antonio García.

Referencias

García, A.; Monsalve-Serrano, J.; Sari, R. L. & Martinez-Boggio, S. Influence of environmental conditions in the battery thermal runaway process of different chemistries: Thermodynamic and optical assessment. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2022, 184, 122381.

García, A.; Monsalve-Serrano, J.; Sari, R. L. & Martínez-Boggio, S. Thermal runaway evaluation and thermal performance enhancement of a lithium-ion battery coupling cooling system and battery sub-models. Applied Thermal Engineering, 2022, 202, 117884.

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