Modelamiento del proceso de enfriamiento de baterías de ion-litio a través de sólidos con cambio de fase

Abstract

El mercado de las baterías de ion-litio ha crecido sostenidamente en los últimos años, y se espera que éste sea de más de 55.000 millones de dólares para el año 2020. Sin embargo, en equipos de alta de demanda energética como los automóviles eléctricos, las altas temperaturas dentro de las baterías puede generar diversos problemas de funcionamiento y durabilidad, por lo que encontrar métodos que controlen la temperatura se vuelve imprescindible El presente trabajo título tiene como objetivo general estudiar el uso de materiales de cambio de fase sólido-sólido como medio de enfriamiento de baterías de ion-litio. La metodología para desarrollar el trabajo de título consiste en buscar y escoger los PCM adecuados (X40 y NPG) y obtener sus propiedades termofíscas, modelar la generación de calor dentro de las celdas, diseñar el sistema con los parámetros correspondientes (tipo y espesor de PCM, tasa de descarga, temperatura inicial y tipo de celda), para luego simular el enfriamiento de las celdas durante la descarga. Con estos resultados, se modela la expulsión de calor posterior a la descarga y finalmente se varían los parámetros de diseño. Una vez concluidas las 288 simulaciones, se procede a estudiar el enfriamiento durante el thermal runaway. Los resultados de las simulaciones muestran que en el 71% de los casos el X40 es capaz de mantener la temperatura bajo los 50°C y en el 80% en el caso del NPG. Además, se logra homogeneidad en el arreglo de celda, ya que en solo 3 de los 288 casos totales (» 1%), la diferencia entre la temperatura máxima y mínima es mayor a 5°C. La expulsión de calor para todos los casos es lenta, superando las 10 horas en la mayoría de los casos. Mejorar la conductividad térmica y emplear convección forzada puede solucionar el problema. En cuanto la thermal runaway, la simulación mostró que el X95 es capaz de ralentizar la aparición de las reacciones químicas más severas, ya que si la temperatura es baja desde el comienzo de anula el feedback positivo temperatura-generación de calor.