¿Son seguras las baterías de litio de segunda vida?

¿Es seguro utilizar baterías de litio en una segunda vida? ¿Te estás planteando reutilizar celdas de batería para construir tu propio Powerwall o un sistema de almacenamiento de energía similar? Antes de embarcarte en un proyecto de esta índole, es crucial comprender ciertos aspectos clave.

¿Qué son las baterías de segunda vida?

Las baterías de litio de segunda vida se refieren a aquellas celdas o paquetes de baterías de iones de litio que han cumplido su ciclo de vida útil en su aplicación original, como en dispositivos electrónicos o vehículos eléctricos. En lugar de ser desechadas, estas baterías son retiradas y luego reutilizadas en otros fines, como sistemas de almacenamiento de energía domésticos, estacionarios o industriales.

Cuando las baterías de litio ya no cumplen con los estándares de rendimiento necesarios para su aplicación inicial, aún pueden retener una capacidad significativa para aplicaciones menos exigentes. Por ejemplo, una batería de vehículo eléctrico que ha alcanzado el final de su vida útil para esa aplicación aún puede tener suficiente capacidad para almacenar energía de manera efectiva en un sistema estacionario de almacenamiento energético.

La reutilización de baterías de litio de segunda vida tiene el potencial de extender su utilidad y reducir el impacto ambiental asociado con la fabricación y eliminación de baterías. Sin embargo, es crucial abordar adecuadamente los desafíos y riesgos asociados, como la gestión de la química de la batería, el riesgo de descontrol térmico y otros factores de seguridad para garantizar su aplicación segura en nuevos contextos.

Diferencias entre baterías de segunda vida, segunda mano y recicladas

Las baterías de segunda vida, segunda mano y recicladas presentan diferencias significativas en términos de su estado, origen y tratamiento. Aquí hay una explicación de cada categoría:

1. Baterías de Segunda Vida:
   • Estado: Estas baterías han sido retiradas de su aplicación original después de haber cumplido su ciclo de vida útil en ese contexto específico. En lugar de ser desechadas, se les da una «segunda vida» al ser reutilizadas en aplicaciones diferentes, como sistemas de almacenamiento de energía.
   • Origen: Proviene de baterías que han sido previamente utilizadas en dispositivos electrónicos, vehículos eléctricos u otras aplicaciones y se han considerado no aptas para su uso original, pero aún mantienen cierta capacidad.
2. Baterías de Segunda Mano:
   • Estado: Las baterías de segunda mano también han sido previamente utilizadas, pero no necesariamente han llegado al final de su vida útil. Pueden ser retiradas de dispositivos o vehículos que aún funcionan, pero se venden o se transfieren a otra persona para un uso secundario.
   • Origen: Pueden provenir de usuarios individuales que han decidido vender o intercambiar sus dispositivos con baterías aún funcionales.
3. Baterías Recicladas:
   • Estado: Estas baterías han pasado por un proceso de reciclaje, que implica la extracción de materiales valiosos y potencialmente la fabricación de nuevos productos. En este proceso, las baterías pueden desmontarse, y sus componentes se tratan para recuperar materiales como el litio, cobalto, níquel, entre otros.
   • Origen: Las baterías recicladas provienen de baterías que ya no son aptas para su uso y han sido enviadas a instalaciones de reciclaje para su desmantelamiento y procesamiento.

Diferencias Clave:

• Las baterías de segunda vida se reutilizan para nuevas aplicaciones después de su uso inicial.
• Las baterías de segunda mano se transfieren a otra persona o se venden para un uso continuo.
• Las baterías recicladas se someten a un proceso de desmantelamiento para recuperar materiales y fabricar nuevos productos.

Cada categoría tiene sus propias consideraciones en términos de rendimiento, seguridad y sostenibilidad, y la elección entre ellas dependerá de factores como la capacidad residual de la batería, los requisitos de la nueva aplicación y las prácticas ambientales.

Consideraciones sobre la Química de las Baterías: NMC o NCA

Tanto la química de NMC como la de NCA se catalogan como peligrosas y se deben evitar, especialmente en aplicaciones de segunda vida y, más aún, en entornos residenciales. El riesgo palpable de un cortocircuito que podría desencadenar un descontrol térmico es una preocupación significativa. En casos extremos, estas químicas son extremadamente difíciles de extinguir y pueden dar lugar a explosiones, incinerando todo a su alrededor hasta convertirlo en cenizas. Los bomberos, conscientes de la falta de opciones para controlar un fuego de batería de litio, generalmente optan por esperar…

Pérdida de capacidad en baterías de iones de litio (LiBs)

La pérdida de capacidad en las baterías de iones de litio se considera generalmente un proceso lineal, alcanzando el final de su vida útil alrededor del 75% al 80% del estado de salud (SoH). La fase final de la vida útil se sitúa típicamente entre el 50% y el 60% del SoH. Sin embargo, existe la posibilidad de un deterioro severo y potencialmente peligroso en algún punto, lo que resulta en una tasa de envejecimiento acelerada. Este fenómeno es complicado de predecir y puede ocurrir a un SoH más alto de lo predecible, aumentando el riesgo de descontrol térmico, cortocircuitos internos y calentamiento de Joule, según informes especializados.

Fosfato de hierro y litio (LFP): Menos probabilidad de descontrol térmico

Aunque es factible que el fosfato de hierro y litio (LFP) experimente descontrol térmico, esta eventualidad es poco probable y suele manifestarse únicamente en presencia de calor externo. Además, puede ocurrir cuando la celda está al 100% de su capacidad y se le suministra una corriente excepcionalmente alta, como durante condiciones de carga extrema. Es importante destacar que, en comparación con otras químicas de baterías de litio, el LFP presenta una menor propensión a desencadenar descontrol térmico, lo que lo convierte en una opción más segura para ciertas aplicaciones.

En comparación con otras tecnologías de baterías de iones de litio, como las que utilizan la química de níquel-cobalto-manganeso (NCM), especialmente en lo que respecta al descontrol térmico, se considera a las baterías LFP son mucho más seguras. Varios factores contribuyen a la seguridad inherente de las baterías LFP:

1. Menor sensibilidad a altas temperaturas:
   • Las baterías LFP son menos sensibles a las altas temperaturas en comparación con las baterías NCM. Tienen una mayor estabilidad térmica y son menos propensas a experimentar descomposición térmica o descontrol térmico, incluso en condiciones extremas.
2. Química inherentemente más estable:
   • La química de fosfato de hierro y litio es intrínsecamente más estable que otras químicas, como las que contienen cobalto. Esto significa que las baterías LFP tienen menos propensión a reacciones químicas no deseadas que puedan generar calor excesivo.
3. Baja tendencia a descomposición térmica:
   • Las baterías LFP tienen una baja tendencia a la descomposición térmica, incluso en situaciones de sobrecarga o descarga extrema. Esto significa que son menos propensas a generar calor adicional que podría llevar al descontrol térmico.
4. Mayor resistencia a cortocircuitos:
   • Las baterías LFP tienden a ser más robustas y tienen una mayor resistencia a cortocircuitos. Esto reduce el riesgo de eventos catastróficos que podrían generar calor y conducir al descontrol térmico.
5. Menor riesgo de reacciones exotérmicas:
   • La química de fosfato de hierro y litio presenta una menor probabilidad de reacciones exotérmicas peligrosas, que son aquellas que liberan calor como subproducto. Esto contribuye a la seguridad general de las baterías LFP.

¿Qué es el descontrol térmico o thermal runaway?

El descontrol térmico se refiere a la pérdida de control sobre la temperatura en una batería, lo que puede desencadenar una serie de eventos peligrosos. Este fenómeno puede manifestarse cuando hay una liberación descontrolada de energía, a menudo vinculada a un aumento rápido de la temperatura. Ejemplos concretos de descontrol térmico incluyen situaciones en las que una batería alcanza su capacidad máxima y se le suministra una corriente excesiva, generando un aumento repentino de calor y, en casos extremos, llevando a un descontrol térmico. La comprensión detallada de estos procesos es crucial para la seguridad en la gestión de baterías de litio y destaca la importancia de elegir cuidadosamente la química de la batería en proyectos de almacenamiento de energía.

¿Por qué es frecuente escuchar sobre thermal runaway (descontrol térmico) en baterías de litio NCM?

El descontrol térmico, o «thermal runaway,» en celdas de batería con la química NCM (Níquel-Cobalto-Manganeso) puede ocurrir debido a varios factores intrínsecos a la naturaleza de esta tecnología de batería. A continuación, se explican algunas razones comunes:

1. Sensibilidad a altas temperaturas:
   • Las baterías de NCM son particularmente sensibles a las altas temperaturas. Si la temperatura interna de la batería aumenta significativamente, puede desencadenar reacciones químicas no deseadas que generan más calor, creando un ciclo de retroalimentación positiva que conduce al descontrol térmico.
2. Inestabilidad del cobalto:
   • El cobalto, un componente crucial en las celdas de NCM, es conocido por su inestabilidad térmica. En condiciones extremas, como altas temperaturas o condiciones de estrés, el cobalto puede desencadenar reacciones químicas no deseadas que contribuyen al aumento de la temperatura interna de la batería.
3. Efecto domino de la descomposición térmica:
   • La descomposición térmica de los componentes de la batería, como los electrolitos o los materiales de cátodo, puede iniciar un efecto dominó. Una vez que comienza este proceso, la liberación de calor adicional puede acelerar aún más la descomposición térmica en una especie de reacción en cadena, llevando al descontrol térmico.
4. Condiciones de sobrecarga o descarga excesiva:
   • Operar la batería fuera de sus límites de carga o descarga recomendados puede generar calor adicional. Si la batería se sobrecarga o descarga excesivamente, especialmente en condiciones de estrés, se aumenta la probabilidad de descontrol térmico.
5. Imperfecciones en la fabricación:
   • Defectos o imperfecciones en la fabricación de las celdas de NCM pueden crear puntos calientes dentro de la batería. Estos puntos calientes pueden desencadenar reacciones térmicas no deseadas, contribuyendo al descontrol térmico.

Es importante destacar que, si bien las baterías de NCM ofrecen una alta densidad de energía, también presentan desafíos relacionados con la seguridad, especialmente en condiciones adversas. La gestión adecuada de la temperatura, junto con medidas de seguridad y diseño cuidadoso, son esenciales para mitigar el riesgo de descontrol térmico en baterías de NCM y garantizar su uso seguro.

En resumen, antes de aventurarse en la reutilización de baterías de litio para proyectos de almacenamiento de energía, es fundamental comprender las implicaciones químicas y los riesgos asociados. La elección de la química de la batería desempeña un papel crucial en la seguridad del proyecto, y la vigilancia continua es esencial para prevenir posibles desafíos, como el descontrol térmico.