Las altas temperaturas pueden afectar la capacidad de carga de las baterías de varias maneras. De modo general se estima que las baterías funcionan de una manera óptima a temperaturas entre 15 y 35º C, fuera de este rango su capacidad de carga puede disminuir o variar. A temperaturas por encima de 40º la capacidad de carga de las baterías puede reducirse ahasta en un 40%. A 45º C la vida útil de una batería de iones de litio puede reducirse a la mitad comparada con una temperatura de 25º. Este estudio de Goodwe publicado en ACS Letters destaca que altas temperaturas, aunque incrementan la actividad del electrolito, también pueden aumentar su viscosidad. Esto ralentiza la migración de iones, reduciendo tanto la eficiencia como la velocidad de carga. Además, el calor excesivo puede acelerar la evaporación del electrolito, disminuyendo su concentración dentro de la batería y afectando negativamente la eficiencia de la reacción electroquímica y la capacidad de carga.
Por otro lado, según el mismo estudio las altas temperaturas pueden provocar cambios estructurales en el material del electrodo, lo que resulta en una pérdida de capacidad y un rendimiento de carga reducido. Estas temperaturas también pueden intensificar las reacciones entre los electrodos y el electrolito, formando productos de descomposición que afectan la vida útil y la capacidad de carga de la batería. Asimismo, el calor excesivo acelera las reacciones químicas dentro de la batería, aumentando la generación de calor y gas. Esto puede incrementar la presión interna, causando hinchazón y daños, lo que afecta aún más la capacidad de carga.
¿Y como afecta a la degradación de la batería?
Las altas temperaturas no solo afectan a la capacidad y velocidad de carga, también generan degradación significativa en función del nivel de temperatura. A continuación ofrecemos algunas algunas cifras y ratios sobre la degradación de las baterías de iones de litio según la temperatura:
• A 25 °C: La degradación de la batería es relativamente baja. Por ejemplo, después de 200 ciclos, el rendimiento de la batería solo disminuye un 3.3%1.
• A 45 °C: La degradación se acelera significativamente. En el mismo período de 200 ciclos, el rendimiento de la batería disminuye un 6.7%.
• A 55 °C: La capacidad de la batería puede disminuir hasta un 47.2% después de 100 ciclos; o puede reducirse al umbral de fallo del 80% del estado de salud (SOH) después de aproximadamente 250 ciclos, en comparación con aproximadamente 3900 ciclos a 25 °C2.
¿Cómo mitigar estos riesgos?
Además, a temperaturas elevadas, el electrolito y la interfaz sólido-electrolito (SEI) pueden descomponerse, desestabilizando el cátodo y el ánodo. Esto puede llevar a una ventilación violenta, incendios y fuga térmica. La Universidad Gadjah Mada de Indonesia ha investigado las mejores prácticas para operar baterías estacionarias en estas condiciones, subrayando la importancia de mantener un entorno térmico uniforme para evitar variaciones en el rendimiento y condiciones inseguras. Para mitigar los riesgos asociados con las altas temperaturas, es crucial implementar sistemas de gestión térmica (Aire acondicionado, ventilación). Estos sistemas controlan la temperatura de las baterías, asegurando un entorno térmico uniforme y evitando gradientes de temperatura que puedan causar variaciones en el rendimiento. La optimización de estos sistemas es fundamental para mejorar la eficiencia y reducir los costos de operación de los BESS.
De modo general, para mitigar los riesgos de calentamiento de las baterías BESS por encima de 40°C, se recomiendan las siguientes estrategias y tecnologías:
• Sistemas de refrigeración: Utilizar sistemas de refrigeración activa, como aire acondicionado o refrigeración líquida, para mantener las baterías dentro de su rango de temperatura óptimo.
• Gestión térmica: Implementar materiales de cambio de fase (PCM) y disipadores de calor para absorber y distribuir el calor de manera uniforme.
• Monitoreo continuo: Instalar sensores de temperatura y sistemas de monitoreo en tiempo real para detectar y responder rápidamente a cualquier aumento de temperatura.
• Sistemas de protección: Incluir sistemas de protección contra cortocircuitos, sobrecargas y fallos térmicos para prevenir situaciones que puedan causar un aumento de temperatura.
• Diseño de contenedores: Utilizar contenedores diseñados para contener y mitigar los efectos de una fuga térmica, limitando el impacto perjudicial en caso de un fallo.
• Mantenimiento regular: Realizar inspecciones y mantenimientos regulares para asegurar que todos los componentes del sistema estén funcionando correctamente y no presenten riesgos de sobrecalentamiento.
En definitiva, la implementación de estrategias de gestión térmica y la optimización de los sistemas de almacenamiento de energía son esenciales para mantener el rendimiento y la seguridad de estas baterías en condiciones de calor extremo.
