Materiales conductores térmicos en almacenamientos de energía

Al diseñar sistemas de refrigeración, se deben considerar muchos factores:

• Resistencia eléctrica (aislamiento y resistencia)
• Resistencia a factores externos (temperatura, impactos, polvo)
• Potencia promedio y máxima del dispositivo
• Temperatura máxima de funcionamiento
• Eficiencia del sistema de refrigeración
• Suavidad/porosidad de la superficie de refrigeración.

Los parámetros más importantes que caracterizan a los materiales termoconductores son:

Conductividad térmica: la cantidad de calor que fluye a través de un material determinado en condiciones específicas y a lo largo del tiempo. Cada material tiene un valor de conductividad térmica diferente, por lo que no todos son adecuados para aplicaciones de disipación de calor. Los materiales termoconductores suelen utilizar mezclas de partículas de óxido metálico (rellenos) de diversos tamaños y formas para lograr el valor de conductividad adecuado.

Resistencia térmica: es la resistencia que ofrece un material al flujo de calor. En los sistemas de refrigeración, la resistencia térmica es fundamental: se busca un material con la menor resistencia térmica posible para lograr la mejor disipación de calor posible. Uno de los principales objetivos de estas aplicaciones es eliminar los espacios de aire entre las superficies de los conectores, ya que el aire tiene una alta resistencia térmica.

Tipos de materiales utilizados en el almacenamiento de baterías.

Adhesivos termoconductores: son adhesivos especiales adaptados para funcionar en condiciones adversas. Resisten altas temperaturas y no se secan, lo que significa que pueden mantener sus propiedades durante mucho tiempo. El uso de adhesivo mejora la disipación del calor a la vez que fija los conectores, eliminando la necesidad de tornillos o clips. Se utilizan con mayor frecuencia para estabilizar y asegurar las celdas de las baterías, lo que reduce la tasa de fallos del dispositivo y garantiza una disipación térmica óptima.

Rellenadores de huecos (GFL): son compuestos térmicos que se pueden utilizar para encapsular dispositivos y aplicarlos a disipadores de calor o cubiertas de carcasas. Su principal ventaja es su facilidad de aplicación, que permite proteger geometrías complejas. Estos materiales se utilizan habitualmente para crear la denominada "vía de conducción". Esta solución mejora las propiedades térmicas, proporcionando absorción de impactos y estabilidad. Además, el uso de rellenos mejora el aislamiento eléctrico, lo que se traduce en un uso seguro del dispositivo eléctrico.

Materiales de relleno: estos materiales son estructuralmente muy similares a los rellenos de huecos, pero difieren en sus propiedades mecánicas y eléctricas. Los materiales de relleno son láminas con geometrías específicas, que se suministran en láminas, rollos o se cortan en formas específicas. Están diseñados para compensar las irregularidades de los componentes, eliminando eficazmente las burbujas y los espacios de aire, y se utilizan en aplicaciones sensibles a la presión.

¿Cuáles son los beneficios de usar materiales termoconductores?

Al analizar el efecto de la temperatura en las baterías, es importante tener en cuenta que las temperaturas variables afectan significativamente su rendimiento. Los aumentos de temperatura por encima de los valores recomendados por el fabricante se traducen en pérdidas significativas de capacidad, que pueden alcanzar hasta el 50 % de la capacidad de la batería. El funcionamiento a temperaturas desfavorables provoca el envejecimiento de la batería con el tiempo, lo que aumenta la tasa de fallos. Por lo tanto, el uso de materiales que disipan eficazmente el calor para mantener una temperatura óptima permite tiempos de funcionamiento más prolongados y un mejor rendimiento del dispositivo de almacenamiento de energía.

Los materiales termoconductores también estabilizan las celdas de la batería y toda la batería en relación con el vehículo, protegiéndola de daños mecánicos. Esto es importante porque los posibles impactos a los que puede estar sometido un dispositivo de almacenamiento de energía provocan la caída de la masa activa de las placas de las celdas. Esto, a su vez, provoca una disminución de la capacidad de la batería y, en casos extremos, un cortocircuito interno. Este tipo de fallo destruye la batería y requiere su sustitución.

Los dispositivos de almacenamiento de energía son propensos a fallos relacionados con las corrientes de marea. Estas representan un riesgo para las personas que trabajan en las inmediaciones. Las corrientes de fuga pueden producirse como resultado de la contaminación del bloque de la batería, la fuga de electrolito a través de la carcasa de la batería o la formación de huecos y grietas en la carcasa. El uso de relleno mejora el aislamiento eléctrico, lo que se traduce en la seguridad de la instalación y una mayor vida útil.

Conclusiones

Los materiales termoconductores se utilizan en aplicaciones que generan grandes cantidades de calor, como en los dispositivos de almacenamiento de energía mencionados anteriormente. El uso de materiales termoconductores aumenta la seguridad operativa de las baterías y los dispositivos de almacenamiento. Garantizan que la temperatura de funcionamiento del almacenamiento se estabilice, lo que permite un uso más prolongado y un rendimiento óptimo. En aplicaciones expuestas a vibraciones, conviene considerar el uso de rellenos para minimizar la posibilidad de daños mecánicos en las baterías debido a la vibración.

Al analizar los beneficios de los materiales termoconductores en aplicaciones de almacenamiento de energía, podemos afirmar con seguridad que son una inversión rentable que reducirá los costos de operación y mantenimiento de dichos dispositivos, brindándoles protección y ayudando a mantener condiciones de funcionamiento adecuadas.