KIMM presenta un sistema que reduce un 85% el líquido necesario para enfriar baterías de litio y mejora su seguridad.
- 🔋 Nueva refrigeración por pulverización e inmersión parcial
- 🌡️ Baterías por debajo de 35 °C durante carga rápida
- 💧 Hasta un 85 % menos de líquido dieléctrico
- ⚡ Mayor seguridad frente al sobrecalentamiento
- 🚗 Aplicación en vehículos eléctricos y sistemas de almacenamiento
- 🔥 Menor riesgo de fuga térmica e incendios
- 🤖 Próximo paso: optimización mediante inteligencia artificial
Un innovador sistema de refrigeración por pulverización reduce el riesgo de incendio en baterías de litio y consume hasta un 85 % menos de líquido
La carga ultrarrápida plantea un nuevo desafío para las baterías
La evolución del vehículo eléctrico y de los sistemas de almacenamiento de energía está acelerando el desarrollo de tecnologías capaces de cargar baterías en cada vez menos tiempo. Sin embargo, ese avance trae consigo un problema conocido por fabricantes e investigadores: el aumento de la temperatura durante los procesos de carga y descarga de alta potencia.
Cuando una batería de iones de litio alcanza temperaturas demasiado elevadas, crece el riesgo de que aparezca la denominada fuga térmica, una reacción en cadena capaz de provocar incendios difíciles de controlar. Reducir ese riesgo se ha convertido en una prioridad para toda la industria.
En este contexto, un equipo del Korea Institute of Machinery and Materials (KIMM) ha desarrollado un sistema de refrigeración que cambia el enfoque habitual. En lugar de enfriar las baterías de manera indirecta, actúa directamente sobre las celdas utilizando una pequeña cantidad de líquido dieléctrico, un fluido que no conduce la electricidad.
Pulverización e inmersión parcial: dos métodos trabajando juntos
La principal innovación consiste en combinar dos técnicas de refrigeración dentro del mismo sistema.
Por una parte, el líquido dieléctrico se pulveriza sobre la parte superior del paquete de baterías. Al entrar en contacto directo con las celdas, absorbe rápidamente el calor generado durante la carga rápida.
Al mismo tiempo, la parte inferior del paquete permanece parcialmente sumergida en ese mismo líquido. Este diseño favorece una circulación continua del fluido que ayuda a extraer el calor restante mediante convección forzada.
Gracias a esta combinación, el sistema consigue mantener la temperatura máxima de las celdas por debajo de los 35 °C, incluso trabajando a una tasa de carga y descarga de 4C, considerada representativa de condiciones de carga ultrarrápida.
Mucho menos líquido, menos peso y menores costes
Los sistemas tradicionales de refrigeración por inmersión requieren introducir completamente el paquete de baterías dentro de un depósito lleno de líquido dieléctrico. Aunque ofrecen una excelente capacidad de refrigeración, presentan varios inconvenientes: mayor peso, mayor consumo de fluido y un coste elevado.
La propuesta desarrollada por KIMM reduce de forma muy significativa esa necesidad de líquido.
Según los resultados del estudio, el nuevo sistema utiliza únicamente entre un 10 % y un 20 % del líquido requerido por una inmersión convencional, lo que supone una reducción aproximada del 85 %.
Ese ahorro tiene varias consecuencias prácticas.
Un sistema más ligero puede mejorar la eficiencia energética del conjunto, especialmente en vehículos eléctricos donde cada kilogramo cuenta. Además, emplear menos líquido reduce el coste del sistema y simplifica parte de su mantenimiento.
Una alternativa frente a los límites de la refrigeración convencional
La mayoría de las baterías actuales utilizan refrigeración por aire o mediante circuitos de líquido que extraen el calor a través de placas metálicas o intercambiadores térmicos.
Estas soluciones funcionan correctamente en condiciones normales, aunque empiezan a mostrar limitaciones cuando la batería trabaja durante largos periodos a elevada potencia o en ambientes muy calurosos.
El nuevo sistema elimina parte de esas barreras porque el líquido entra en contacto directo con las celdas, aumentando considerablemente la transferencia de calor.
Además, el líquido dieléctrico empleado presenta una característica especialmente interesante: no es inflamable, por lo que también puede ayudar a contener un posible incendio en caso de producirse una fuga térmica.
Más allá del coche eléctrico
Aunque el automóvil eléctrico representa una de las aplicaciones más evidentes, los investigadores consideran que esta tecnología puede tener un recorrido mucho mayor.
Los grandes sistemas estacionarios de almacenamiento energético (ESS), utilizados para integrar energía solar y eólica en la red eléctrica, manejan enormes cantidades de baterías de litio concentradas en espacios relativamente reducidos. La gestión térmica resulta crítica para garantizar tanto la seguridad como la vida útil de estas instalaciones.
También aparece como una solución prometedora para los centros de datos, donde las baterías de respaldo desempeñan un papel esencial para mantener el suministro eléctrico ante cualquier interrupción.
Precisamente, este trabajo forma parte de un proyecto nacional surcoreano centrado en el desarrollo de tecnologías de refrigeración por inmersión para centros de datos de alta eficiencia, una infraestructura cuyo consumo energético continúa creciendo por el aumento de los servicios digitales y de la inteligencia artificial.
Inteligencia artificial para descubrir líquidos todavía mejores
El trabajo no termina con este prototipo.
Los investigadores han identificado las propiedades físicas del líquido dieléctrico que influyen en la capacidad de refrigeración y pretenden utilizar algoritmos de inteligencia artificial para diseñar o seleccionar nuevos fluidos con un rendimiento todavía mayor.
Este enfoque puede acelerar el desarrollo de refrigerantes más eficientes, adaptados a distintos tipos de baterías y aplicaciones industriales, reduciendo además el tiempo necesario para validar nuevos materiales mediante ensayos experimentales.
Un paso importante hacia baterías más seguras
Los incendios en baterías de litio son poco frecuentes en términos estadísticos, aunque cada incidente recibe una enorme atención debido a su complejidad y repercusión mediática.
Por esa razón, la investigación en gestión térmica avanzada se ha convertido en uno de los principales campos de desarrollo dentro de la industria de las baterías. No basta con aumentar la capacidad energética o reducir los tiempos de carga. También resulta imprescindible mejorar la seguridad sin disparar los costes ni añadir demasiado peso.
Los resultados obtenidos por el equipo coreano muestran que ambas cosas pueden avanzar al mismo tiempo. Una refrigeración más eficiente, utilizando muchos menos recursos. No es poca cosa.
Potencial
El desarrollo de sistemas de refrigeración como este puede contribuir de forma notable a la transición energética. Unas baterías más seguras y eficientes facilitan la expansión del vehículo eléctrico, del almacenamiento renovable y de las infraestructuras críticas que dependen de sistemas de respaldo energético.
Si tecnologías de este tipo alcanzan la producción comercial, podrían ayudar a fabricar baterías con mayor durabilidad, menor peso y un coste operativo más bajo. Todo ello favorecería una integración más amplia de la energía solar y eólica, reduciría la necesidad de sustituir baterías prematuramente y reforzaría la confianza del público en una tecnología llamada a desempeñar un papel decisivo durante las próximas décadas.
Más información: A novel spray-based immersion cooling for Li-ion batteries: An experimental comparison with flow immersion
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