La propagación de incendios en baterías de iones de litio es la verdadera amenaza

Si los incendios en baterías de iones de litio son casi imposibles de prevenir por completo, contener los eventos de fugas térmicas es crucial. Viridi, proveedor de sistemas de almacenamiento de energía en baterías (BESS), realizó recientemente una demostración con fuego real para mostrar cómo los módulos de celdas diseñados adecuadamente pueden prevenir la propagación de las llamas.

«El verdadero problema no es la fuga térmica», declaró Jon Williams, director ejecutivo de Viridi, a pv magazine. «Es la propagación del incendio de una celda a otra. Ahí es donde se produce la catástrofe».

Durante la demostración en vivo del evento de seguridad de baterías de Viridi, celebrado el 15 de mayo en su centro tecnológico de 17 hectáreas en Buffalo, Nueva York, en colaboración con Soteria Battery Innovation Group, los técnicos iniciaron un evento de descontrol térmico en un paquete de baterías estándar, lo que provocó la propagación de celda a celda. La prueba de un segundo paquete equipado con el aislamiento térmico y las barreras antipropagación de Viridi confinó el fuego a la celda activada sin afectar a las demás.

«Cuando se activa un paquete de 50 kWh y se observa la energía, el humo y el gas que emana, se siente un gran respeto por esa tecnología», dijo Williams. «La buena noticia es que es muy denso en energía. Por otro lado, es muy denso en energía».

Si bien existen muchas estrategias para reducir el riesgo de eventos térmicos, desde la selección de la composición química de la batería hasta la gestión del entorno operativo, lo cierto es que cuando se cuenta con una gran base instalada en el campo, algo va a suceder.

Williams comentó que JR Linna, jefe de investigación y desarrollo de Viridi, le explicó que existe una probabilidad de falla de una entre tantos millones de celdas, independientemente de quién las fabrique. Porque, en algún momento, puede producirse un cortocircuito que genere suficiente calor y provoque una falla catastrófica en la celda, independientemente de cuántos sensores se le instalen.

Con el tiempo, Williams relató que un evento superará todas las medidas de seguridad. Se preguntó cómo se podría detener, pero Linna respondió que realmente no se puede detener.

Por esta razón, Williams explicó que el enfoque de su empresa consiste en comenzar con una química eficaz y luego diseñar el paquete de contención más resistente. Viridi se originó en 2018 fabricando paquetes de baterías para la industria de la construcción, donde, según Williams, los equipos se manipulan con rudeza de forma rutinaria. La empresa produce un contenedor de batería hecho de acero de grado 50 de un cuarto de pulgada como primera línea de defensa contra eventos térmicos. El objetivo era eliminar el daño físico de la ecuación.

«En el mercado de la construcción compacta, los equipos sufren un daño considerable», afirmó. “Levantan objetos de los edificios, los suben a la parte trasera de los camiones, los descargan, caen en zanjas, acaban en estanques. Los equipos de construcción compactos son en realidad simples martillos sofisticados; los golpean hasta la muerte”.

Además de reducir el riesgo de daños físicos a la unidad BESS que podrían provocar un incendio, el sistema de contención está diseñado para evitar que la propagación de un incendio en una celda afecte a las celdas adyacentes. Como se calculó anteriormente, en algún momento una batería sufrirá un cortocircuito o fallará de tal manera que se produzca un evento térmico. Dado que no siempre es posible predecir dónde ocurrirá el fallo, cada paquete de celdas debe ser lo más resistente posible.

Williams explicó que los módulos BESS de Viridi están diseñados para contener los tres aspectos de un evento de fuga térmica: el calor tremendo (más de 700 grados Celsius); la explosión de partículas; y una onda expansiva. Los disipadores de calor basados en fluidos producen vapor canalizado que evita que las celdas adyacentes superen los 170 grados Celsius, dijo Williams. Los espaciadores entre las celdas disipan la fuerza de conmoción hacia arriba, evitando que comprima las paredes laterales de las celdas adyacentes.

La seguridad contra incendios de las baterías de iones de litio es una preocupación creciente para un número cada vez mayor de partes interesadas, más allá de fabricantes y usuarios, incluyendo cada vez más a las personas que viven cerca de baterías de vehículos e instalaciones BESS. Como resultado, los equipos de primera respuesta, los reguladores y las organizaciones de códigos y estándares tienen dificultades para implementar las normas y técnicas adecuadas.

A principios de este mes, Sungrow, proveedor de BESS, anunció que su sistema PowerTitan 2.0 de refrigeración líquida había recibido la aprobación del Departamento de Bomberos de la Ciudad de Nueva York, lo que allana el camino para la implementación de su sistema de iones de litio en la ciudad. El año pasado, Sungrow realizó su propia prueba de fuego para demostrar las capacidades de gestión térmica del PowerTitan.

En dicha prueba, realizada en un centro de pruebas en China y transmitida en directo a las partes interesadas, los paneles de alivio de explosiones situados sobre la unidad donde se originó el incendio ventilaron automáticamente el fuego hacia arriba para evitar que se propagara a las unidades de batería adyacentes. La prueba se desarrolló sin intervención de personal ni de sistemas de extinción de incendios hasta que el incendio se extinguió por sí solo.

Según Mandy Zhang, gerente de productos de almacenamiento de baterías de Sungrow para regiones internacionales, la creciente instalación de baterías de iones de litio en muchos sectores está dando mucha publicidad a cualquier incendio. Esto genera la percepción de un mayor riesgo de incendio.

«Creemos que la atención de la industria al riesgo de incendio se debe principalmente a la falta de comprensión del riesgo de incendio en los sistemas de almacenamiento de energía», declaró Zhang a pv magazine. «Los datos estadísticos muestran que el riesgo real de incendio es relativamente bajo. Informes de organizaciones como la Asociación Nacional de Protección contra Incendios y la Comisión de Seguridad de Productos del Consumidor de EE. UU. respaldan esta afirmación».

Zhang cree que las certificaciones y normas actuales de seguridad contra incendios en ciertas regiones están a la zaga de la creciente base instalada de baterías de iones de litio. Afirmó que los fabricantes de baterías deben colaborar con los organismos de normalización pertinentes para mantenerse al día sobre los sistemas de almacenamiento y gestión de baterías.

John Zahurancik, presidente para América del fabricante de baterías Fluence Energy, coincide en que la experiencia debe fluir con fluidez entre proveedores, contratistas, operadores y personal de primera respuesta para evitar que los eventos térmicos sean noticia y desvirtúen la percepción pública sobre la seguridad de las baterías de iones de litio.

«Cuando las cosas no salen bien, debemos hablar de ello con la idea de que no todos deberían tener que aprender esta lección por su cuenta», declaró Zahurancik a pv magazine. «Formamos parte de la Asociación Americana de Energía Limpia (AEA) y uno de sus principales objetivos es recopilar parte de esta información y difundir el mejor enfoque de seguridad».

La industria está respondiendo con métodos de prueba y evaluación más intensivos para los sistemas BESS. En marzo, UL Solutions presentó su nueva metodología UL 9540A para determinar la susceptibilidad de una tecnología de batería a la fuga térmica.

Sin embargo, Williams, de Viridi, afirmó que la industria de BESS y sus reguladores aún están asimilando cómo gestionar los eventos térmicos y cómo gestionar los BESS en general.

«Todas las pruebas que se realizan actualmente son de observación», afirmó. «Así que se puede superar el nivel 9540 y aun así tener una explosión más adelante debido a algo imprevisto. Necesitamos un diálogo al respecto. Ni siquiera hemos empezado a explorar la superficie del almacenamiento que necesitamos en este país, así que aún queda mucho camino por recorrer».

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