Són realment segures les bateries dels vehicles elèctrics?

La controvèrsia sobre la seguretat de les bateries dels vehicles elèctrics no acaba de resoldre's. Arran de l'explosió de les bateries d'un patinet al Metro de Madrid l'octubre de 2023, tant el Consorci Regional de Transports com Renfe van prohibir l'accés d'aquests vehicles als trens i autobusos. No és l'únic cas, i això ha generat preocupació entre els ciutadans.

Podem estar segurs que les bateries dels cotxes elèctrics no patiran aquests mateixos problemes?

El repte de la seguretat i el risc de fuita tèrmica

És important aclarir que les bateries de qualsevol dispositiu electrònic, inclosos els vehicles elèctrics, són, en termes generals, tecnologies molt segures. En tot cas, han hagut de sotmetre's a estrictes estàndards d'ús abans de sortir al mercat.

Els incidents recents amb patinets elèctrics, en la seua majoria, es deuen al fet que els usuaris han realitzat pràctiques inadequades: l'ús de carregadors no certificats o l'ús de bateries que ja estaven danyades.

Tanmateix, les bateries dels vehicles elèctrics continuen sent un dels seus components més vulnerables. Les fallades en aquestes poden desencadenar incendis a causa de fenòmens com el sobreescalfament, curtcircuits, sobrecàrregues o que tinguen danys físics.

La fuita tèrmica

Aquests incidents poden provocar el que es coneix com una “fuita tèrmica”, una situació en què la calor dins de la bateria es dispara, generant una combustió interna descontrolada i l'expulsió de partícules incendiàries.

Aquest procés és un dels majors riscos de seguretat d'aquests dispositius. Durant la fuita tèrmica, l'energia elèctrica i química emmagatzemada a la bateria es desprèn ràpidament, la qual cosa provoca un augment dramàtic de la temperatura interna.

Al seu torn, la descomposició dels electròlits i materials actius genera gasos tòxics i un increment significatiu de la pressió interna.

Com prevenir explosions

Per prevenir explosions, les bateries estan equipades amb vàlvules a prova d'explosions dissenyades per a alliberar l'excés de pressió. Tanmateix, quan aquestes vàlvules s'activen, s'expulsen gasos a alta temperatura, flames i partícules, la qual cosa crea nous perills.

Les flames i partícules expulsades poden erosionar l'estructura de la bateria, la qual cosa debilita la seua carcassa protectora. Si la carcassa es veu compromesa, els gasos tòxics, les flames i les partícules a alta temperatura poden infiltrar-se en la cabina del vehicle, empitjorant significativament la situació.

Per això, millorar la resistència de la carcassa a la combustió i l'abrasió de les partícules és clau per a millorar la seguretat dels vehicles elèctrics.

Superant les limitacions dels assajos

La seguretat de les bateries es pot abordar des de dues perspectives: l'externa i la interna. Des del punt de vista extern, es tracta de protegir la carcassa amb materials resistents al foc que complisquen funcions mecàniques. Tradicionalment, els assajos solen estar enfocats a avaluar els danys provocats per l'exposició directa a les flames dels materials de la carcassa.

Tanmateix, aquestes proves no consideren els efectes de l'impacte de les partícules expulsades. Per això, els investigadors necessiten equips més avançats per a replicar aquestes condicions extremes de manera precisa.

Posant a prova els materials de les carcases

En aquest context, a través del Prof. Dr. De-Yi Wang, Professor Investigador i Cap de la Divisió de Nous Materials a l'Institut IMDEA, i els seus col·laboradors, s'ha dissenyat un nou equip capaç d'avaluar la seguretat contra incendis dels materials utilitzats a les bateries, específicament en la simulació d'escenaris de fuita tèrmica.

Aquest equip d'assaig, únic a Espanya i un dels pocs a tota Europa, s'utilitza per a realitzar avaluacions rigoroses dels materials més comuns a les carcases de les bateries de vehicles elèctrics, com l'alumini, l'acer, els polímers, els materials compostos, etc.

En simular un augment descontrolat de temperatura i pressió, permet als investigadors analitzar els efectes d'aquests factors sobre els materials i, en última instància, optimitzar el disseny de les carcases per a minimitzar els riscos d'incendis.

Avanços en els recobriments resistents al foc

A més de provar les carcases de les bateries, també podem avançar en el desenvolupament de materials innovadors per a recobriments resistents al foc.

Aquests recobriments han de resistir les altes temperatures i pressions generades per una fuita tèrmica, alhora que suporten l'impacte de les partícules expulsades durant la combustió.

El desafiament es complica encara més a causa de les limitacions d'espai dins de les bateries dels vehicles elèctrics, cosa que requereix el desenvolupament de recobriments fins i lleugers que mantinguen les seues propietats protectores sense augmentar el volum d'aquests dispositius.

A mesura que avancen els dissenys de les bateries, com les de tipus estructural o sense mòduls, es requereixen solucions encara més sofisticades i compactes. La demanda de recobriments que puguen oferir una protecció eficient sense expandir-se excessivament està creixent, i aquest dispositiu serà clau per a desenvolupar aquests nous materials.

El futur de la seguretat en vehicles elèctrics

El treball realitzat per IMDEA Materials té un impacte directe en la seguretat dels vehicles elèctrics i estableix un precedent per a futures investigacions en altres sectors industrials.

Replicar condicions extremes de combustió i analitzar tant les flames com les partícules permet un enfocament més complet i precís que els mètodes tradicionals.

L'objectiu final és avançar en la creació de vehicles elèctrics més segurs, que puguen respondre de manera eficient a les situacions de risc, complint amb els estàndards actuals i preparant-se per a les exigències del futur.

Jimena de la Vega, Investigadora i Tècnica de Laboratori de Síntesi Química, IMDEA MATERIALS

Aquest article es va publicar originalment a The Conversation.