Las pilas están en todas partes. Pueden darle vida a todo, desde juguetes y teléfonos inteligentes hasta marcapasos, alarmas de humo y vehículos autónomos. Este artículo se centra en dos pilas, las de litio y las de iones de litio, que a menudo se confunden por la similitud de sus nombres.
Ambas vienen en todas las formas y tamaños. Sin embargo, hay diferencias entre las pilas. Diferencias que son extremadamente importantes para los bomberos. Cuando se producen mezclas de pilas de litio y de iones de litio -como en una planta de reciclaje- los dos tipos de pilas deben estar totalmente separados porque las estrategias de extinción de las pilas no son compatibles.
Descubre cómo son tus pilas
Todas las pilas están formadas por los mismos tres componentes básicos: el ánodo (lado negativo), el cátodo (lado positivo) y algún tipo de electrolito. Cuando el cátodo y el ánodo de una pila están conectados, se produce una reacción química entre ellos y el electrolito. Los electrones fluyen a través del circuito desde el ánodo, y luego entran de nuevo a través del cátodo, provocando una reacción química. Estas reacciones continúan hasta que los materiales se consumen, momento en el que la pila no produce más electricidad.
Tanto las pilas de litio como las de iones de litio producen electricidad portátil de esta manera. El metal litio utilizado en las pilas de litio tiene propiedades únicas que lo hacen muy adecuado como electrodo negativo. Es uno de los metales más ligeros de la tabla periódica y también tiene el mayor potencial de reducción electroquímica, proporcionando la mayor densidad de energía por peso. En las pilas de iones de litio no se utiliza litio metálico puro. En su lugar, se mezcla con otros materiales.
Las pilas de litio son pilas primarias. Tienen una alta densidad de carga, lo que les permite retener más energía y durar mucho más que otras pilas. La vida útil de una pila de litio es hasta cuatro veces más larga que la de las pilas de iones de litio. También son fáciles de fabricar y mucho más baratas que las pilas de iones de litio. Sin embargo, las pilas de litio no pueden recargarse de forma segura y fácil, lo que finalmente llevó a la invención de las pilas de iones de litio.
Las pilas de iones de litio son pilas de celdas secundarias. Los electrodos de la pila están hechos de litio combinado con muchos otros materiales, lo que significa que no son de litio metálico. También son muy buenas para mantener la carga y no necesitan descargarse completamente antes de recargarse. Las pilas son muy complejas en comparación con la simplicidad de la pila de litio. Dentro de una pila de iones de litio, hay múltiples celdas de iones de litio que almacenan y proporcionan la energía. El cátodo y el ánodo están separados por una fina lámina de plástico "microperforado" que impide que los dos electrodos se toquen. Dentro de la unidad de la pila, un pequeño ordenador controla y regula la temperatura, el voltaje y el estado de carga de la pila. Este pequeño sistema mantiene la pila en funcionamiento. Aunque son poco frecuentes, las pilas de iones de litio son vulnerables a los incendios y las explosiones, que pueden dar lugar a un escape de gases inflamables.
Incendio industrial en Morris, Illinois
El 30 de junio de 2021, se produjo un enorme incendio industrial en un almacén abandonado en Morris, Illinois. Se podían ver nubes de humo negro y tóxico lanzadas al aire desde kilómetros de distancia. Cuando los bomberos llegaron, no sabían lo que se almacenaba en el almacén. Comenzaron a bombear agua sobre el fuego, lo que provocó un aumento de la intensidad del incendio y grandes explosiones ocasionales desde el interior del almacén.
Cuando el propietario del edificio llegó, dijo que no tenía seguro en el edificio y que estaba almacenando suministros en el almacén de casi 1 hectárea. Tenía previsto abrir un negocio de energía solar a finales de año. También mencionó que tenía la intención de reparar el tejado al final de la semana. Pensó que el agua que goteaba del tejado sobre las pilas podría haber provocado el incendio. Para sorpresa de los bomberos y de las autoridades municipales, nadie sabía que el almacén abandonado se utilizaba para guardar cientos de pilas. Tras enterarse de la existencia de las pilas, los bomberos optaron por no utilizar agua ni espuma contra el fuego y decidieron dejar que ardiera.
Mientras el fuego seguía ardiendo, casi 1.000 residentes tuvieron que ser evacuados debido a los gases tóxicos y al humo que se expulsaba al aire. Los bomberos y otras entidades gubernamentales empezaron a contactar con la EPA y otros organismos de lucha contra incendios para que les aconsejaran sobre cómo apagar el creciente incendio. Aplicaron unos 450 kgs de un producto químico seco llamado Purple-K (bicarbonato de potasio, marca registrada Ansul) al fuego con la esperanza de que lo sofocara. Según los funcionarios que se encontraban en el lugar en ese momento, el "fuego de litio se rió" del Purple-K. A continuación, los funcionarios bombeaban 28 toneladas de cemento seco en el almacén para cubrir las pilas en llamas. El "punto problemático" tenía 1 metro de profundidad y cubría un área de unos 10 metros por 12 metros. El fuego se apagó finalmente, pero la EPA siguió vigilando la calidad del aire en la zona durante unos 3 o 4 días. Fuentes periodísticas informaron posteriormente de que en el almacén se almacenaban cerca de 200.000 "pilas de litio", de tamaños que van desde pilas de teléfonos móviles hasta grandes pilas de coches.
Resumen
La mayoría de los incendios y explosiones de pilas de iones de litio se deben a un problema de cortocircuito. Esto ocurre cuando el separador de plástico falla, dejando que el ánodo y el cátodo se toquen. Una vez que se juntan, la pila empieza a sobrecalentarse. Una vez que una célula se sobrecalienta, puede producirse un efecto dominó llamado "fuga térmica". En el caso de las pilas con cientos de celdas, el desbordamiento térmico puede ser un gran problema. Hasta que todas las pilas de iones de litio potencialmente dañadas sean retiradas de la zona después de un incendio, debe haber una vigilancia contra incendios las 24 horas del día, ya que se sabe que los incendios de pilas de iones de litio se reavivan en cualquier momento, desde minutos hasta días después del suceso inicial.
En los incendios químicos, la contaminación por humo frente a la contaminación por agua en forma de uso agresivo de agua o espuma es un problema importante. Por eso los rociadores son tan importantes. Cuando no se pueden utilizar rociadores, como en el caso de grandes cantidades de litio metálico, se utilizan en su lugar sistemas especiales de extinción fijos. En cualquier caso, los sistemas fijos controlan el fuego rápidamente y, al no utilizar mucha agua, se reduce el problema de los vertidos y la contaminación del suelo. Para el derribo final se utiliza el agua de una manguera de extinción u otros agentes especiales para el litio metálico. A veces, se utilizan tanques de inmersión de agua para evitar que la pila de iones de litio vuelva a encenderse. Obviamente, esto se hace en el exterior. Algunos departamentos de bomberos de Europa utilizan una grúa para sumergir un coche en un tanque de inmersión del tamaño de un contenedor para apagar un incendio térmico. Los agentes de clase D no son necesarios para los incendios de pilas de iones de litio. Aunque otros agentes pueden controlar un incendio, no enfrían las celdas, lo cual es clave para apagar el fuego. Los agentes de clase D sólo son necesarios para grandes cantidades de litio metálico. No puede ser cualquier agente de clase D. Debe estar listado específicamente para el litio. Dado que el bicarbonato de potasio mencionado anteriormente es mucho más fácil de conseguir que otros polvos para incendios de litio, a menudo se prueba como sustituto con resultados como los obtenidos en el incendio de Morris.
Los aspersores suelen ser eficaces con las pilas de litio empaquetadas para el punto de venta del consumidor (piense en las pilas AAA -D). Las pilas de litio suelen ser más pequeñas y, cuando se empaquetan con otros bienes de consumo o en un expositor de venta, la cantidad presente es lo suficientemente pequeña como para que los aspersores y las mangueras de agua estándar puedan seguir utilizándose para apagar un incendio. En las plantas de producción, se necesitan agentes especiales como el argón para proteger el litio metálico de la pila de litio. Para los incendios primarios de litio se puede utilizar un agente llamado Lith-X (marca comercial de Ansul) o, si se dispone de él, material inerte seco (como el cemento).
Con el aumento de la popularidad de las pilas recargables de iones de litio, ahora se están utilizando en los sistemas de almacenamiento de energía (ESS). La NFPA (Asociación Nacional de Protección contra Incendios), con la ayuda de FM Global, ha publicado una en la que se abordan los problemas relacionados con el uso de las pilas de iones de litio en los ESS, como el desbordamiento térmico, la energía perdida, la posibilidad de que el fuego se reavive, la generación de gases tóxicos e inflamables y la necesidad de utilizar grandes cantidades de agua para disipar eficazmente el calor generado por los incendios en los ESS, ya que suele ser difícil enfriar la parte más caliente del fuego.
Conocer las pilas puede marcar la diferencia a la hora de combatir un incendio de pilas.
