¿Sabíais que dentro de cada celda de litio hay un pequeño dispositivo de alta ingeniería que puede salvarnos la vida? 

Las tecnologías de celdas basadas en litio ion nos han traído grandes ventajas al mercado, como la alta capacidad de almacenar energía y el alto voltaje que químicamente nos da, lo que supone que tenemos que reducir el número de celdas que necesitamos para alcanzar altas tensiones. Pero tiene una desventaja, y es que es uno de los elementos químicos más reactivos con el oxígeno.

Y cuando está cargada podemos encontrarnos que si tiene fugas de electrolito o entradas de aire, puede hacer una reacción química explosiva.

¿Cómo evitaron esto los ingenieros?

En una celda con carcasa sólida. Pues cuando este tipo de celda se deteriora, lo que tenemos es una válvula de seguridad que se llama CID, que es current interruptor device, que es un interruptor de emergencia que tiene una celda dentro.

Y es que este tipo de celdas cuando se degradan generan un gas. Como ese gas está dentro de una carcasa sólida y no tiene por donde salir. Lo que hace es desconectar la celda para evitar que siga provocando más problemas potencialmente. Para entender cómo funciona este dispositivo, lo primero que vamos que tenemos que hacer es entender cómo funciona una celda de litio ion.

Por ejemplo, este tipo de celdas están hechas por capas, que es una capa de un ánodo y una capa de de cátodo y separadas por un elemento aislante para que no haya cortocircuitos dentro de la celda. Luego todo esto se enrolla y las terminaciones son dos lengüetas. Una irá conectada a lo que es la parte en negativa de lo que es la celda que suele ser el cuerpo.

Y otra lengüeta la tendremos conectada a lo que se llama comúnmente tetón o parte positiva de la celda, como podría ser esta de aquí.

¿Qué es lo que hace este dispositivo?

En vez de tener la lengüeta soldada directamente a lo que es la chapa, digamos que es una lengüeta tipo resorte. Va conectada por presión a lo que es la lengüeta final de la celda y lo que hace.

Lo que desarrollaron los ingenieros es que al hincharse aleja la lengüeta de la conexión y por tanto ya no tendremos salida de voltaje y potencia en la celda. Esto os lo vamos a enseñar ahora con un ejemplo que nos vamos a ir al taller y os voy a enseñar una celda en la que le hemos recortado el tetón.

El dispositivo ha saltado porque la celda se ha deteriorado y veremos como de primeras no da tensión y una vez que volvemos a hundir el dispositivo, la celda vuelve a dar tensión otra vez. Aquí tenemos una muestra de una celda que tiene saltado el CID. Lo que hemos hecho ha sido recortarle el tetón con una Dremel y se puede apreciar que está como un poquito así abombado hacia arriba.

Entonces lo que vamos a hacer primero va a ser medir que efectivamente la celda no da tensión porque está desconectada.

A ver, un segundito de mejora y vemos que nos da cero cero está K.O. Vale.

Y lo que nos muestra esta imagen es que si apretamos aquí, como vamos a hacer ahora y volvemos a su posición, el dispositivo. Vemos ahí que la celda estaría totalmente cargada.

¿Qué pasa si hacemos esto?

Esto es como el área de deformación de un vehículo. Si esto está diseñado para deformarse de tal manera que cuando la celda coja presión, esto sale de la desconecte por seguridad. Lo único que estamos haciendo es eliminar esa capa de seguridad que tiene la celda y además la presión interna y la degradación no la estamos eliminando.

Lo único que estamos haciendo es volver a conectar el dispositivo CID que lleva dentro. Esto no es nada recomendable como hemos comentado, porque si conectamos esta celda dentro de un pack con unas celdas que están en un estado diferente y esto no de forma bien, cuando estemos cargándola o lo que sea, podemos tener una desgracia bastante importante.

Pero además este tipo de celdas tiene una una densidad energética muy alta y podríamos provocar incendios y daños bastante importantes.

Entonces, aunque a priori parece una cosa muy tentadora el reparar celdas, porque apretando aquí que si con el destornillador plano y tal, pues mira, volvemos a poner a funcionar la celda. Realmente lo que estamos haciendo es poner en peligro bastante, eh, de una manera bastante importante lo que es la integridad estructural del pack y de la seguridad de la batería.

Como hemos visto en la demostración que hemos hecho en el taller, las celdas efectivamente, digamos a nivel químico, son funcionales todavía. Es decir, es instalación y todavía obtenemos tensión y podemos extraer energía de la celda.

Lo que estamos perdiendo es la seguridad y además tampoco vamos a conocer al 100% el estado interno de la celda. Con lo cual, aunque no tuviéramos una desgracia y esa celda no provocará un incendio similar, lo que sí que podría estar provocándonos es una bajada de rendimiento dentro de lo que es el pack de batería, porque a lo mejor tenemos ciertas celdas que están funcionando correctamente y tenemos una celda que está funcionando a un rendimiento menor.

Entonces, esto es lo que conocemos como efecto vaso comunicante. Cuando en un grupo de celdas tenemos una que funciona a menor rendimiento, todo ese conjunto va a funcionar al rendimiento de la que peor funcione. Con lo cual, lo que estamos produciendo, aparte de no tener la utilidad que necesitamos de autonomía de la batería, estamos provocando un deterioro prematuro en al esto del pack.

Por cierto, hago un paréntesis aquí tenemos preparada la idea también de hacer un vídeo sobre el tema de los vasos comunicantes y cómo funcionan las diferentes celdas en serie y en paralelo dentro de un pack para ver cómo podemos obtener el máximo rendimiento y por qué se producen las degradaciones, así como la necesidad de ecualizar o balancear las celdas continuamente en los pack.

Espero haberos enseñado algo interesante hoy y que sea de vuestra curiosidad y nos vemos en la próxima!

EDU 

PLP Batteries.