El héroe anónimo de la producción de baterías

Si bien los avances en productos y soluciones impulsados por baterías pueden acaparar los titulares, un héroe silencioso trabaja diligentemente detrás de escena para garantizar la preservación y la eficiencia de las baterías: el valorador Karl Fischer.

Si bien la valoración de Karl Fischer (KF) se anuncia como la campeona del control de calidad de la producción de baterías, técnicas como la pérdida por secado (LOD) y el análisis termogravimétrico (TGA) respaldan su misión principal de medir meticulosamente el contenido de agua de los materiales y electrolitos de las baterías.

Degradación del rendimiento:

El agua reacciona con la sal conductora del electrolito (como LiPF₆), que descompone el electrolito y puede iniciar la formación de ácido fluorhídrico. El fluoruro de hidrógeno (HF) resultante puede atacar y corroer los materiales de la batería, lo que reduce el rendimiento y las condiciones potencialmente peligrosas.

Riesgos de seguridad:

Durante el funcionamiento normal, las baterías generan una pequeña cantidad de calor debido al movimiento de electrones entre el ánodo y el cátodo. Sin embargo, si los componentes internos, como los sensores térmicos o los circuitos de protección, fallan debido a la humedad o a la descomposición de estos componentes por HF, puede ocurrir una situación peligrosa llamada fuga térmica.

La fuga térmica es una condición peligrosa que ocurre cuando las temperaturas en la celda de la batería aumentan incontrolablemente, lo que puede causar un incendio o incluso una explosión. 

Analicemos cómo puede suceder eso. El proceso comienza a una temperatura aparentemente baja de 80 °C, donde la capa protectora del ánodo (la interfaz de electrolito sólido, o SEI) comienza a descomponerse en una reacción que libera calor, desencadenando la siguiente reacción en cadena:

• A medida que las temperaturas suben entre 100 °C y 120 °C, el electrolito comienza a descomponerse, liberando varios gases que pueden contribuir a una explosión inminente, como CO, CO₂, CH₄, C₂H₄, H₂

• La situación se vuelve aún más crítica entre 120 °C y 130 °C, cuando el componente del separador se derrite, lo que provoca un cortocircuito interno que acelera aún más la generación de calor.

• En el momento en que las temperaturas alcanzan los 150 °C, el cátodo reacciona con el electrolito, generando oxígeno y llevando a la célula hacia una falla completa.

• Si no se controla y las temperaturas superan los 180 °C, la reacción se vuelve autosostenible. El oxígeno resultante alimenta aún más el proceso de descomposición, creando un peligroso escenario de fuga en el que las temperaturas aumentan rápidamente y pueden provocar un incendio o una explosión en la batería.

Como puede ver, incluso pequeños rastros de agua pueden provocar una situación desastrosa y peligrosa, provocando la necesidad de una inspección meticulosa. Ingrese a la valoración de Karl Fischer, nuestra ayuda confiable para medir y controlar con precisión el contenido de agua en materiales de iones de litio, lo que garantiza que la humedad llegue al mínimo a la celda final.

• Mitigación de la degradación de electrolitos: El contenido controlado de agua protege contra la descomposición de electrolitos. Mantener una capacidad y una entrega de energía óptimas se traduce en un mejor rendimiento de la batería y ciclos de uso prolongados entre cargas.

• Resistencia interna reducida: Las baterías que experimentan menos resistencia interna tienen una mayor eficiencia y rendimiento general, es decir, su vehículo eléctrico llega más lejos con una sola carga (calmando la ansiedad por la autonomía y apoyando la sostenibilidad).

• Reducción de las reacciones secundarias: La destreza combinada de la titulación KF, LOD y TGA minimiza los riesgos de seguridad derivados de las reacciones secundarias inducidas por el agua, incluidos los eventos volátiles y peligrosos. Este enfoque estricto fomenta un funcionamiento fiable y seguro de la batería para diversas aplicaciones.