Seguridad de las baterías: qué pasa cuando se calientan

Imagina un contenedor BESS instalado en una zona industrial, junto a una nave donde cada día trabajan decenas de personas. Dentro hay cientos de celdas que acumulan energía. En condiciones normales todo va sobre ruedas. Pero ¿qué pasa si una celda empieza a calentarse más de la cuenta? Es aquí donde la seguridad de las baterías deja de ser un tema abstracto y se convierte en una responsabilidad concreta para quienes diseñan, instalan y gestionan las instalaciones.

En este artículo respondemos a una pregunta sencilla pero crucial: ¿cuánto de segura es una batería y qué la hace ser así? La respuesta, en resumen, es que la seguridad nace ante todo de la química, y solo después de la electrónica.

El descontrol térmico explicado de forma sencilla

En desembalaje térmico — en italiano “fuga termica” — es la reacción en cadena que todo el mundo quiere evitar en una batería. Funciona así: una celda se recalienta, más allá de cierto umbral las reacciones químicas internas se aceleran por sí solas, el calor aumenta aún más y el proceso se autoalimenta sin detenerse nunca.

Piensa en una olla en el fuego que, una vez superado cierto punto, sigue calentándose aunque quites la llama. En el peor de los casos, la celda libera gas, se prende fuego y puede arrastrar consigo a las celdas vecinas. Las causas típicas son un defecto interno, un daño mecánico, una recarga incorrecta o una temperatura ambiente demasiado elevada.

El punto clave es este: no todas las químicas reaccionan de la misma manera. Algunas empiezan a “escaparse” a temperaturas relativamente bajas, otras se mantienen estables mucho más tiempo.

¿Por qué algunas sustancias químicas son más estables que otras?

El núcleo de la cuestión está en el cátodo, es decir, uno de los materiales activos de la celda. Durante el descontrol térmico (thermal runaway), algunos cátodos liberan oxígeno: es como echar gasolina al fuego, porque el oxígeno alimenta la combustión desde el interior. Otros cátodos, con estructuras químicas más sólidas, tienden a retener el oxígeno y a no alimentar la reacción.

Las llamadas sustancias químicas polianiónicas — una familia a la que también pertenecen muchas celdas de iones de sodio — tienen una estructura cristalina en la que los átomos de oxígeno están fuertemente unidos. Esto se traduce, en general, en una menor propensión a la liberación de oxígeno y a una temperatura de ignición más alta. No significa “riesgo cero”, pero sí un margen de seguridad más amplio.

Las temperaturas exactas de cebado y los datos comparativos entre familias químicas varían mucho en función de la construcción de la celda y siempre deben verificarse en los informes del fabricante [POR VERIFICAR: temperaturas de cebado y datos de estabilidad térmica para el cátodo].

Los tres factores que determinan la seguridad de las baterías

Al evaluar la seguridad de un almacenamiento, tres parámetros importan más que los demás:

• Temperatura de igniciónel umbral a partir del cual se desencadena la fuga térmica. Cuanto más alto sea, mayor será el margen antes de que surja un problema.
• Liberación de oxígeno del cátodocuánto la química alimenta de forma autónoma la combustión. Cuanto menos oxígeno libera, menos intensa es la reacción.
• Propagación entre celdasla capacidad de una celda “en fuga” de contagiar a las vecinas. Un buen diseño del paquete aisla el problema en lugar de dejarlo propagar.

Estos tres factores juntos dicen mucho más que un solo número de una ficha técnica. Una celda con una temperatura de inicio alta y una baja liberación de oxígeno ya parte con una ventaja estructural.

Por qué la seguridad es tan crítica cerca de las personas

La seguridad BESS no tiene el mismo peso en cada contexto. Una cosa es una instalación aislada en un campo abierto, otra es un almacenamiento instalado donde hay personas, bienes y actividades.

Piensa en estos escenarios:

• Implantes residenciales, a menudo en garajes, sótanos o locales técnicos a pocos metros de los espacios habitados.
• Acumular en naves industriales y actividades productivas, donde el riesgo se suma al industrial.
• BESS en contenedor en áreas industriales, con decenas o cientos de kWh concentrados en poco espacio.

En todos estos casos, reducir el riesgo desde el origen —eligiendo una química más estable— significa proteger no solo la inversión, sino también a quienes viven y trabajan junto a la planta. He aquí por qué para un diseñador o un responsable de seguridad la elección de la química es una decisión estratégica, no un detalle.

El rol de BMS, diseño del paquete y certificaciones

La química es la primera línea de defensa, pero no trabaja sola. Alrededor de la célula hay otros niveles de protección.

En BMS (Sistema de Gestión de Baterías) es la electrónica que supervisa constantemente la tensión, la corriente y la temperatura de cada celda. Interviene antes de que se superen los umbrales críticos, equilibrando la carga y desconectando el sistema en caso de anomalía. Es el “sistema nervioso” de la batería.

La diseño del paquete cuenta de cuánto el BMS: los espaciados, los materiales aislantes, los sistemas de disipación de calor y las barreras entre las celdas sirven precisamente para contener un posible problema, impidiendo la propagación.

Por último están las certificaciones de almacenamiento, que acreditan la superación de pruebas estandarizadas. Entre las más relevantes para este sector se encuentran la IEC 62619 y la UL 9540A, siendo esta última específica para las pruebas de propagación de la fuga térmica [POR VERIFICAR: aplicabilidad y versiones actualizadas de las normas]. Solicitar los informes de prueba de abuso térmico e di propagación Es una buena práctica antes de cualquier compra.

Por qué las químicas estables parten con ventaja

Juntando las piezas, el mensaje es claro: puedes añadir toda la electrónica que quieras, pero si la química básica es más estable, partes de una posición de ventaja. Las celdas polianiónicas y de sodio-ion tienden a ofrecer una mayor estabilidad térmica precisamente porque su estructura es menos propensa a liberar oxígeno y a desencadenar reacciones a baja temperatura.

Para profundizar en los aspectos técnicos de la estabilidad térmica de los materiales catódicos, puedes consultar los estudios publicados en ScienceDirect: primer estudio e segundo estudio.

Naturalmente la seguridad es solo una parte del panorama. ¿Cómo se comportan estas mismas celdas bajo estrés de potencia o con frío intenso? Lo veremos en un próximo análisis dedicado al rendimiento en condiciones extremas.

En resumen

Una batería nunca está “a riesgo cero”, pero hay elecciones que aumentan notablemente su margen de seguridad. Evaluar la temperatura de cebado, el comportamiento del cátodo, la resistencia a la propagación, junto con un BMS sólido y certificaciones serias, te permite instalar acumuladores fiables incluso cerca de las personas.

¿Quieres diseñar sistemas de almacenamiento más seguros? Descubre los criterios de seguridad que debes evaluar antes de elegir una batería.