El deterioro de una batería de litio puede comenzar mucho antes de que sus efectos sean visibles. Cambios químicos internos generan señales que terminan dejando su rastro en el aceite utilizado para refrigerar el sistema.
Detectar esas primeras huellas es el objetivo de MicroSensOil, un dispositivo microfluídico desarrollado por investigadores del Tecnológico de Monterrey que pretende anticipar fallos capaces de desembocar en incendios o explosiones.
Antes del BMS, para evitar sus limitaciones
La necesidad de este tipo de tecnología está vinculada al creciente uso de baterías de litio tanto en vehículos eléctricos como en sistemas de almacenamiento energético. Su degradación progresiva, el envejecimiento de sus componentes o la contaminación de los fluidos refrigerantes pueden favorecer reacciones internas difíciles de detectar mediante los sistemas convencionales. En situaciones extremas, esas reacciones pueden desembocar en una fuga térmica, una reacción en cadena asociada al sobrecalentamiento y que puede terminar provocando incendios y explosiones.
El proyecto está encabezado por David Ramírez Rios, ingeniero en sistemas digitales y robótica, con una maestría en ciencias de la ingeniería y actualmente en el tercer semestre de su doctorado en el Tec. El asesor técnico es Javier Izquierdo Reyes, ingeniero en comunicaciones y electrónica, doctor en ciencia e ingeniería por el Tec y con un posdoctorado en el Massachusetts Institute of Technology (MIT).
La propuesta parte de una limitación de los sistemas convencionales de gestión de baterías, conocidos como BMS. Estas plataformas controlan parámetros eléctricos como el voltaje, la corriente y la temperatura para conocer el comportamiento y estimar el estado de salud de las baterías. Son herramientas fundamentales, pero pueden detectar el deterioro cuando el daño ya se encuentra avanzado.
MicroSensOil plantea observar el problema desde otra perspectiva: en lugar de esperar a que la batería manifieste un comportamiento anómalo, busca identificar los indicios químicos que aparecen durante las primeras fases de su envejecimiento. Para ello, el microsensor analiza pequeñas cantidades de aceite refrigerante y trata de localizar gases o compuestos asociados a los procesos de degradación.
“Antes de que una batería falle de forma evidente, se producen cambios químicos internos que dejan señales en los aceites refrigerantes”, explica el doctor Javier Izquierdo Reyes, profesor e investigador de la Escuela de Ingeniería y Ciencias del Tecnológico de Monterrey. La investigación, añade, pretende leer esa “huella fisicoquímica” del envejecimiento antes de que sus consecuencias resulten evidentes.
El propósito es transformar el mantenimiento reactivo en uno de carácter predictivo. Si las señales de degradación pueden identificarse con suficiente antelación, los responsables del sistema podrían adoptar medidas como modificar las condiciones de funcionamiento o sustituir determinados componentes antes de que se produzca una avería grave.
Para desarrollar el microsensor, los investigadores recurren a técnicas de microfabricación y manufactura aditiva. La intención es integrar electrodos, canales y sistemas de análisis en estructuras microscópicas y reducir así de forma considerable la cantidad de muestra necesaria. Tras completar la investigación científica y la validación experimental, el equipo prevé fabricar un prototipo que será producido y probado por científicos del Tec en laboratorios especializados del MIT.
Aunque el primer campo de aplicación es la electromovilidad, el alcance previsto es mayor. Los investigadores contemplan adaptar la plataforma para analizar aceites dieléctricos empleados en transformadores eléctricos, así como para supervisar bancos de baterías y otros sistemas industriales e incluso estudiar posibles aplicaciones en el ámbito médico. El objetivo es convertir MicroSensOil en una herramienta de mantenimiento predictivo aplicable a distintos sectores.
La tecnología también persigue un impacto ambiental. Al facilitar la detección temprana de problemas y mejorar la gestión de los sistemas de almacenamiento energético, el proyecto pretende prolongar su vida útil, optimizar el empleo de fluidos industriales y reducir la generación de residuos peligrosos.
El elemento que puede determinar la futura implantación de MicroSensOil está en su potencial económico. Frente a los análisis convencionales de laboratorio, que pueden requerir cientos de mililitros de aceite y equipos de elevado coste, el dispositivo pretende realizar pruebas rápidas directamente en el lugar donde se encuentra la batería y reducir el precio del análisis entre 10 y hasta 100 veces. El equipo busca ahora financiación nacional e internacional para escalar el desarrollo y convertir una tecnología concebida en México en una herramienta con capacidad de aplicación internacional.