Una innovadora tecnología combina pulverización e inmersión parcial para mejorar la seguridad de las baterías, reducir su peso y prevenir el sobrecalentamiento.
- 🔋 Refrigeración directa: el líquido dieléctrico entra en contacto directamente con las baterías.
- 💧 Hasta un 85 % menos de líquido: necesita solo una fracción del volumen empleado en una inmersión completa.
- 🌡️ Menos de 35 °C: las celdas se mantuvieron por debajo de esta temperatura durante las pruebas.
- ⚡ Ensayos a 4C: el sistema fue probado con un paquete real sometido a condiciones rápidas de carga y descarga.
- 🔥 Mayor seguridad: el fluido empleado es no inflamable y puede contribuir a limitar el riesgo asociado a un incendio.
- 🚗 Más allá del coche eléctrico: la tecnología también podría utilizarse en grandes sistemas estacionarios de almacenamiento energético y centros de datos.
Un equipo de investigadores surcoreanos ha desarrollado un sistema de refrigeración directa para baterías de ion-litio que combina pulverización e inmersión parcial. La tecnología consigue utilizar aproximadamente un 85 % menos de líquido dieléctrico que los sistemas convencionales de inmersión completa y ha demostrado mantener las celdas por debajo de 35 °C incluso durante ciclos rápidos de carga y descarga a 4C.
El desarrollo procede del Korea Institute of Machinery and Materials (KIMM) y busca resolver uno de los problemas que acompañan al aumento de potencia de las baterías: cuanto más rápido se cargan o descargan, más exigente resulta mantener una temperatura adecuada y evitar puntos calientes que puedan favorecer la degradación o, en situaciones extremas, la fuga térmica.
Pulverizar por arriba y sumergir parcialmente por abajo
La principal diferencia respecto a otros sistemas está en cómo se distribuye el líquido refrigerante alrededor de las baterías.
La refrigeración convencional por líquido suele utilizar placas frías o intercambiadores por los que circula un refrigerante. El calor generado por las celdas debe atravesar diferentes materiales antes de alcanzar ese circuito, por lo que se trata de un sistema de refrigeración indirecta.
La inmersión permite ir un paso más allá. Las celdas entran directamente en contacto con un fluido eléctricamente aislante, capaz de absorber el calor sin provocar cortocircuitos. Sin embargo, sumergir completamente un paquete de baterías requiere una cantidad considerable de fluido, lo que incrementa el peso, el volumen y el coste del sistema.
La propuesta del KIMM intenta quedarse con las ventajas de ambas estrategias evitando parte de esos inconvenientes.
El líquido dieléctrico se pulveriza sobre la parte superior del paquete, mientras que la zona inferior permanece parcialmente sumergida. De esta manera se combinan el enfriamiento producido por el spray y la convección forzada generada en la parte sumergida.
Solo necesita entre el 10 % y el 20 % del líquido de una inmersión completa
Este diseño permite reducir considerablemente uno de los principales inconvenientes de la refrigeración por inmersión.
Según los investigadores, el sistema necesita aproximadamente entre el 10 % y el 20 % de la cantidad de líquido utilizada por una instalación convencional de inmersión completa. En las pruebas realizadas, la reducción del consumo de fluido se situó alrededor del 85 %.
No es un detalle menor. Los líquidos dieléctricos forman parte del peso y coste adicionales que debe asumir un sistema de refrigeración por inmersión.
Reducir drásticamente su cantidad podría hacer que esta estrategia resulte más interesante para aplicaciones donde cada kilogramo cuenta, especialmente en los vehículos eléctricos, aunque todavía será necesario estudiar el conjunto completo del sistema —bombas, depósito, pulverizadores, intercambiadores y control térmico— para conocer su impacto real sobre peso, consumo energético y coste.
Mantiene las baterías por debajo de 35 °C incluso a 4C
El equipo no se limitó a realizar simulaciones térmicas. La tecnología fue probada utilizando un paquete real de baterías de ion-litio sometido a cargas y descargas rápidas.
Durante los ensayos a una tasa de 4C, la temperatura máxima de las celdas se mantuvo por debajo de 35 °C.
Una tasa de 4C representa una demanda térmica considerable: en términos simplificados, una batería sometida a esa tasa podría completar teóricamente una carga o descarga equivalente a su capacidad en unos 15 minutos, aunque en un vehículo real la potencia no permanece necesariamente constante durante todo el proceso y la velocidad efectiva de carga depende de numerosos factores.
Mantener una temperatura relativamente homogénea y controlada resulta especialmente importante cuando aumenta la potencia. El calor excesivo puede acelerar el envejecimiento de las celdas y, en condiciones adversas, incrementar el riesgo de fuga térmica, un fenómeno en el que la temperatura puede aumentar de manera descontrolada y propagarse entre celdas.
El propio refrigerante puede contribuir a limitar el riesgo de incendio
Existe además otra característica relevante. El fluido dieléctrico utilizado por los investigadores es no inflamable.
Su función principal es extraer rápidamente el calor generado por las celdas, pero sus propiedades también podrían ayudar a reducir el riesgo de propagación de un incendio.
Esto diferencia conceptualmente la refrigeración directa de las soluciones basadas exclusivamente en placas frías. Al estar el fluido en contacto con las baterías, puede actuar directamente sobre las superficies que generan calor y absorberlo antes de que tenga que atravesar los distintos componentes estructurales del paquete.
La investigación está orientada precisamente a mejorar la estabilidad térmica y reducir el riesgo asociado a la fuga térmica, aunque esto no significa que el sistema elimine por completo la posibilidad de incendio de una batería.
Una tecnología pensada también para grandes sistemas de almacenamiento
Los vehículos eléctricos son una de las aplicaciones más evidentes, pero el KIMM considera que el sistema podría tener utilidad en instalaciones estacionarias de almacenamiento de energía.
Los grandes sistemas de baterías utilizados para integrar energías renovables en la red concentran una elevada cantidad de energía en espacios relativamente reducidos. Una gestión térmica eficaz es, por tanto, fundamental tanto para mantener su rendimiento como para reforzar su seguridad.
También existe interés en aplicar tecnologías de inmersión a los centros de datos, donde el crecimiento de la computación de alto rendimiento y la inteligencia artificial está disparando las necesidades de refrigeración.
De hecho, el trabajo forma parte de un proyecto dedicado al desarrollo y demostración de tecnologías de gestión térmica de alta eficiencia para centros de datos mediante refrigeración por inmersión.
El siguiente paso: encontrar mejores líquidos con inteligencia artificial
Los investigadores han estudiado además qué propiedades termofísicas de los líquidos dieléctricos influyen especialmente en la capacidad de refrigeración.
El siguiente objetivo será ampliar esa investigación para encontrar nuevos fluidos optimizados. El equipo plantea utilizar inteligencia artificial para acelerar la búsqueda de combinaciones capaces de mejorar todavía más la transferencia de calor.
La tecnología se encuentra, por tanto, en fase de investigación y validación, y todavía tendrá que demostrar aspectos esenciales antes de una implantación comercial a gran escala: durabilidad, mantenimiento, consumo energético de las bombas, compatibilidad del fluido con los materiales del paquete, coste total y comportamiento durante miles de ciclos.
Aun así, los resultados muestran una vía interesante para abordar una aparente contradicción de las baterías modernas: refrigerarlas directamente como en un sistema de inmersión, pero sin tener que llenar completamente el paquete de líquido.
Vía www.newswise.com
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