Baterías de iones de litio: ¿por qué y cuándo suponen un riesgo de contacto químico para las personas?
En los últimos años, ha aumentado el uso de Vehículos de Movilidad Personal(VMP) equipados con un motor no térmico o con asistencia no térmica, como patinetes, bicicletas, monociclos, hoverboards y dispositivos similares. Como cada vez más vehículos eléctricos, la mayoría de los VMP contienen baterías de iones de litio, valoradas por su excelente longevidad y eficiencia en el almacenamiento de energía.
¿Cómo funcionan las baterías de iones de litio?
Comercializadas desde los años 90 por Sony, las baterías de iones de litio permiten convertir la energía química en energía eléctrica. Almacenan la energía eléctrica para poder cargarla o descargarla. Las baterías de iones de litio están formadas por una o varias celdas (compartimentos de energía). Estas celdas están protegidas por un envase que puede variar en forma y tamaño. Cada una está compuesta principalmente por un electrodo positivo (cátodo), un electrodo negativo (ánodo), un electrolito (líquido conductor de iones que contiene un disolvente y una sal conductora) y un separador (barrera física entre el ánodo y el cátodo).
El principal compuesto químico del cátodo es un litio metal, como el dióxido de litio y cobalto (LiCoO2). El ánodo está compuesto principalmente por carbonato de litio, como el grafito. La reacción de oxidación en el ánodo crea electrones y la reacción de reducción en el cátodo los absorbe.
Cuando la batería se carga, los iones de litio Li+ almacenados en el electrodo positivo (cátodo) son transportados por el electrolito al electrodo negativo (ánodo), mientras que los electrones se desplazan del ánodo al cátodo. Cuando la batería se descarga y produce una corriente eléctrica (la energía en forma de electricidad se retira de la célula de la batería), los iones de litio Li+ realizan el movimiento contrario. Esta corriente eléctrica se convierte en un motor o dispositivo electrónico.
¿Existe algún riesgo al utilizar baterías de iones de litio?
La gestión térmica de las baterías de iones de litio desempeña un papel importante en su vida útil, rendimiento y riesgo de seguridad.
La temperatura óptima de funcionamiento de una batería de iones de litio está entre 20 y 40°C. La mayoría de las baterías de iones de litio incluyen un sistema de gestión de la batería (BMS) para interrumpir su funcionamiento más allá de un umbral de temperatura (normalmente 60°C).
Si la temperatura de la batería supera este límite, se produce la descomposición del revestimiento del ánodo. Por encima de los 70°C, el electrolito empieza a evaporarse y a aumentar la presión en la celda, lo que puede provocar un fallo mecánico en el interior de la batería. El calor aumenta la velocidad de la reacción, lo que aumenta aún más su temperatura. Como resultado de una sucesión de reacciones químicas exotérmicas dentro de cada celda, se puede desencadenar un desbordamiento térmico, lo que lleva a un efecto dominó hasta que todas las celdas de la batería se degradan. Una sobrecarga, un cortocircuito o la presencia de calor externo pueden provocar este desbordamiento térmico. El aumento incontrolado de la temperatura y la presión dentro de la batería provoca la degradación del electrolito, que puede tener fugas (líquidas o gaseosas), inflamarse y explotar.
El electrolito está compuesto por un disolvente, principalmente carbonatos orgánicos, y una sal conductora como el hexafluorofosfato de litio (LiPF6). Los carbonatos orgánicos en forma líquida o gaseosa tienen un alto riesgo de inflamabilidad, mientras que el hexafluorofosfato de litio es perjudicial si se ingiere y provoca graves daños en la piel y los ojos si se toca. También puede causar daños en los órganos si el contacto es prolongado o repetido. Si el electrolito tiene fugas y reacciona con la humedad o el agua, o si se inflama, puede crearse ácido fluorhídrico (HF) en forma líquida o gaseosa. Su concentración dependerá de la temperatura de la combustión y de la cantidad de electrolito encendido.
El ácido fluorhídrico representa un doble peligro para el cuerpo humano. Es corrosivo debido a los iones H+ del ácido, que destruyen las capas superficiales del cuerpo humano, y altamente tóxico debido a los iones F– fluoruro, que penetran profundamente en el cuerpo y causan necrosis celular. La quelación de los iones fluoruro sobre el calcio y el magnesio provoca hipocalcemia e hipomagnesemia, así como la destrucción de los tejidos subyacentes. El agotamiento de estos elementos conduce a un exceso de potasio y provoca un desequilibrio biológico que puede manifestarse en arritmias cardíacas.
Cuanto mayor sea la concentración de HF, antes sentirá la víctima las consecuencias de la exposición. Por ejemplo, cuando la concentración de ácido fluorhídrico es inferior al 20%, el dolor aparece sólo 24 horas después del contacto con el tejido. La gravedad y las consecuencias de la exposición dependerán de la cantidad y concentración de HF y de la superficie afectada. El contacto con el HF puede causar efectos sistémicos graves (hasta un paro cardíaco,..), quemaduras graves en la piel, los ojos o el tracto digestivo, así como irritación de las vías respiratorias en caso de inhalación hasta un edema pulmonar.
Además del ácido fluorhídrico, también se crean y liberan otros gases tóxicos (óxidos de carbono) durante la combustión del electrolito.
¿Qué hacer y cómo protegerse cuando falla una batería de iones de litio?
Aunque las baterías de iones de litio son fiables y el riesgo de combustión es relativamente escaso, es importante conocer los consejos de seguridad a la hora de manipularlas, almacenarlas o eliminarlas (consulte el manual de instrucciones que acompaña a su vehículo eléctrico). En caso de que se produzca un fallo en la batería de iones de litio en el que se observen desprendimientos de gases, es muy importante alejarse de la batería para evitar gases nocivos, llamas y una posible explosión.
En caso de contacto de los ojos o de la piel con el ácido fluorhídrico (gas o líquido), es esencial iniciar la descontaminación lo antes posible, ya sea con agua (idealmente en los 10 segundos siguientes a la pulverización) seguida de la aplicación de gluconato de calcio, o con la solución HEXAFLUORINE®. El agua es una solución pasiva e hipotónica que elimina la sustancia química de la superficie del tejido biológico. Tras el lavado con agua, la aplicación de gluconato de calcio limita la acción de los iones de flúor.
La solución HEXAFLUORINE® es una solución activa e hipertónica. Al igual que el agua, la solución HEXAFLUORINE® permite la eliminación del HF de la superficie del tejido y, a diferencia del agua, permite la extracción del HF del tejido. La molécula HEXAFLUORINE® detiene la acción química de los iones de hidrógeno y flúor. La solución HEXAFLUORINE® permite la extracción inmediata del ácido fluorhídrico penetrado, y proporciona un mayor rango de respuesta a un producto potencialmente letal. Para que un protocolo de descontaminación sea eficaz, hay que quitarse la ropa y los accesorios. En todos los casos, es imprescindible el asesoramiento médico.
Tenga cuidado porque, aunque el incendio de la batería de iones de litio se extinga, es habitual que el fuego vuelva a iniciarse unas horas o días después del incidente inicial debido al desbordamiento térmico que puede producirse de nuevo.
