Las temperaturas elevadas pueden influir en la capacidad de carga de las baterías de diversas formas. En general, las baterías operan de manera óptima entre 15 y 35 °C. Porque fuera de este baremo se reduce su carga hasta un 40 %. Una nueva investigación de Goodwe, publicado en ACS Letters, afirma que las altas temperaturas incrementan la viscosidad. No obstante, aumentan la actividad del electrolito. El crecimiento de la viscosidad disminuye la migración de iones, ralentizando la eficiencia como la velocidad de carga. Cabe añadir que el calor excesivo acelera la evaporación del electrolito. Ello provoca la disminución del concentrado dentro la batería lo que provoca que la reacción electroquímica y la capacidad de carga no tengan eficiencia.
Además, las altas temperaturas pueden provocar cambios estructurales en el material del electrodo. Resultando en una pérdida de capacidad y un rendimiento de carga reducido. 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. El calor excesivo acelera las reacciones químicas dentro de la batería, lo que incrementa la presión interna, afectando aún más la capacidad de carga.
Degradación de la batería
Las altas temperaturas no solo afectan la capacidad y velocidad de carga, sino que también aceleran la degradación de la batería en función del nivel de temperatura. Depende a que temperatura se encuentre, a 25 °C la degración de la batería es baja, después de 200 ciclos el rendimiento disminuye a 3.3 %. Por su parte, a 45 °C se acelera y al mismo período el rendimiento de la batería decrece un 6.7 %. Mientras que a 55 °C, la capacidad disminuye 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 °C.
Mitigación
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, tales como aire acondicionado y 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 sistemas de almacenamiento de energía (BESS).
Para mantener las baterías dentro de su rango de temperatura óptimo, es esencial emplear sistemas de refrigeración activa, como aire acondicionado o refrigeración líquida. Además, la gestión térmica es fundamental; para ello, se deben implementar materiales de cambio de fase (PCM) y disipadores de calor, que absorban y distribuyan el calor de manera uniforme. Es importante instalar sensores de temperatura y sistemas de monitoreo en tiempo real para detectar y responder rápidamente a cualquier aumento de temperatura. También es crucial incorporar sistemas de protección contra cortocircuitos, sobrecargas y fallos térmicos para prevenir situaciones que puedan causar un incremento de temperatura. Utilizar contenedores diseñados para contener y mitigar los efectos de una fuga térmica puede limitar el impacto perjudicial en caso de un fallo. Finalmente, realizar inspecciones y mantenimientos regulares asegura que todos los componentes del sistema funcionen 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.
