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Baterías de Litio: dilemas entre diseño y seguridad

16 de febrero de 2017

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En los reportes de mercado usted puede encontrar información eminentemente práctica sobre los productos y el movimiento del mercado en el que ellos están insertos. Los reportes están construidos sobre la base de información recopilada desde diferentes puntos de venta, fabricantes y/o importadores y sitios web especializados y su objetivo es brindar información técnica y, antecedentes que permitan una compra y un adecuado uso, en términos sencillos y comprensibles para los consumidores y consumidoras interesados.

INTRODUCCIÓN

Existen pilas primarias y secundarias, y en ambos casos las hay de litio:

  • las pilas primarias son aquellas que se agotan y son desechadas. En este caso, las que contienen litio, se les llama sólo "pilas de litio".
  • las secundarias son las que pueden recargarse, esta clase de pilas son llamadas baterías. En este caso, las que son de litio, se llaman de "ión litio".

Las baterías basadas en Litio-Ion (o Ión Litio), son la fuente de energía más reciente en el mercado de teléfonos móviles. Alcanzan un almacenamiento muy superior de energía, aumentando considerablemente la autonomía del teléfono móvil. Son además muy ligeras, pesando alrededor de la mitad de una equivalente (que contienen Niquel-Cadmio).

Aunque tienen un precio elevado, las ventajas de las baterías de Litio las han popularizado y ha motivado que se las incluya en muchos artículos portátiles tales como teléfonos celulares, notebooks, tablets y juguetes, entre otros.

BRECHAS, FALENCIAS O PROBLEMAS DETECTADOS SOBRE EL TEMA

El uso masivo de las baterías de litio y la rápida obsolenscencia de los equipos que la utilizan como fuente de energía, ha generado una gran cantidad de baterías como producto de desecho. La falta de tratamiento como productos contaminantes y de reciclaje de ellas podrían convertirse en un problema a corto plazo dado que cuando tiramos las pilas a la basura, estamos tirando los compuestos que tienen y entre ellos metales, lo que supone un riesgo ambiental[1].

Por otra parte, debido a la masificación del uso de las baterías de litio producto de su alta capacidad de carga eléctrica, se han descrito en los últimos años diversos incidentes relacionados con el uso de este tipo de fuente energética, que han puesto en riesgo la integridad de los usuarios.

TENDENCIAS DEL MERCADO

Desde hace mucho tiempo se emplean las pilas como fuente energizante de artefactos móviles de uso habitual, cuya principal ventaja es la otorgar independencia de otros tipos de energía haciéndolos portátiles. Este tipo de fuente de energía es altamente utilizada; de acuerdo a estimaciones del año 2010, en Chile el consumo per cápita anual total de pilas, comercializadas como fuente independiente de energía, bordearía las 9,6 unidades, lo que equivale al consumo per cápita actual de algunos países europeos. Del dato anterior, las más utilizadas corresponden a 6,03 unidades/habitante en pilas de dióxido de manganeso; 2,49 unidades/habitante de cinc carbono y las pilas de litio sólo correspondían a 0,19 unidades/habitante al año, lo que revelaba un bajo uso de este tipo de fuente energética individual en el mercado nacional en ese período[2].

Figura 1.

Sin embargo, las tendencias han ido cambiando y, según antecedentes entregados por la Subsecretaria de Telecomunicaciones, en Chile para el año 2015 ya existían casi 24 millones de teléfonos móviles. Por otra parte, se estima que en el mundo, en el año 2013 fueron producidas 4.800 millones de células de litio y que su producción llegará a 8.000 millones en 2025[3].

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Baterías de litio y Medio Ambiente

Los datos anteriores suponen un gran consumo de dispositivos que contienen éste tipo de productos pero que también pueden generar, entre otros asuntos, un problema de desechos que involucra metales y que a la fecha no son reciclados, tratados ni gestionados de forma alguna; de hecho respecto de los residuos generados y su gestión para el año 2010 de un total de 164.672.518 pilas correspondientes a 4.337,69 toneladas de pilas tanto primarias como secundarias 163.024.444 unidades corresponden a pilas de litio y 1.648.074a ión litio. Con el fin de subsanar tal escenario y redefinir el enfoque de la gestión de residuos, el Ministerio del Medio Ambiente promulgó la Ley Marco para la Gestión de Residuos, la Responsabilidad Extendida del Productor y Fomento al Reciclaje, N° 20.920, que en el caso de pilas y baterías son considerados parte de los productos prioritarios en la que se crea la Responsabilidad Extendida del Productor (REP), en la que las principales obligaciones de los productores e importadores son:

  • Registrarse en un catastro público de empresarios y/o fabricantes.
  • Organizar y financiar la recolección y tratamiento de productos recolectados a través de un Sistema de gestión.
  • Asegurar que el tratamiento de esos residuos se realice por personas autorizadas.
  • Cumplir las metas de recolección y autorización de esos productos.

Baterías de litio y Seguridad

Incidentes en aviones de carga:

  • Existen antecedentes de que las baterías de litio son responsables de una serie de accidentes de aviones de carga; por ello las línas aéreas United Airlines, Delta, Qantas, Cathay Pacific y British Airways ya habían anunciado que no transportarán cargamentos del producto[4].
  • Por lo anterior, la Fuerza Aérea Americana (FAA) realizó una serie de pruebas para determinar la peligrosidad de este tipo de fuente energética. Para demostrar lo anterior, llenaron un contenedor con 5.000 baterías de litio junto a un cartucho que trasmitía calor para estimular el sobrecalentamiento en una de las baterías. El calor provocó una reacción con las otras baterías generando temperaturas de alrededor de 600°C generando una reacción en cadena y una explosión que voló la puerta del contenedor y un incendio[5].
  • Como consecuencia de lo anterior, a partir del 1° de abril de 2016, las baterías de iones de litio y de metal de litio que se envíen sin los empaques respectivos están prohibida,s además en aviones de pasajeros. Por otra parte, los envíos de estos productos están limitados a los países identificados en la lista de países aprobados de UPS (United Parcel Service of América), descrita en la Sección II de baterías de iones de litio o de metal de litio, área de servicios de artículos peligrosos de la Asociación de Transporte Aéreo Internacional.

Otros incidentes:

  • En el último año, las redes sociales y las noticias nacionales han exhibido una serie de casos relacionados con el sobrecalentamiento de baterías de litio principalmente en teléfonos celulares. En este sentido, se destaca que durante los últimos 3 años se han recibido en el SERNAC, diversos reclamos derivados de incidentes ocurridos en productos energizados con pilas o baterías de litio tales como computadores, tablets y teléfonos celulares, cuyo denominador común ha sido el sobrecalentamiento de la fuente de energía.
  • En Abril de 2015, en China, se reportó un accidente ocurrido a un niño de 12 años, que fue gravemente herido en el rostro y manos al explotarle un teléfono móvil que era utilizado por la familia como despertador[6].

  • Otro hecho de similares características fue informado en Pakistán, en Marzo de 2016, donde un hombre estuvo a punto de morir quemado luego de quedar envuelto en llamas al explotar la batería de su celular que transportaba en el bolsillo de su pantalón[7].
  • Medios de comunicación de China también han informado de explosiones de aparatos celulares, donde a una mujer le explotó su celular mientras viajaba en un autobús al intentar cambiar la Batería de su celular luego de que se le agotara la que estaba ocupando[8].
  • Estados Unidos no ha estado ajeno a incidentes de uso relacionados con aparatos celulares. En Texas, en julio de 2014, se informó de un accidente ocurrido a una niña mientras dormía con su aparato celular debajo de la almohada[9].

  • En Honduras se informó de un accidente ocurrido a un niño de 14 años al tratar de recargar su teléfono móvil conectándolo a una bateria de reserva alimentada con paneles solares[10].
  • Recientemente, en septiembre y octubre del presente año, las líneas aéreas en Chile, al igual que la mayoría en el mundo, prohibieron el uso del Smatphone Galaxy Note 7 durante sus vuelos, exigiendo a los pasajeros que portaban dicho aparato llevarlo apagado en su equipaje de mano y por ningún motivo cargarlo durante el vuelo, por un eventual recalentamiento de sus pilas de litio[11].

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RECALLS RELACIONADOS CON BATERÍAS DE LITIO:

Al investigar el tema de las baterías de litio en el buscador global de alertas de seguridad http://globalrecalls.oecd.org/, vinculado a la Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económico (OCDE), se detectaron 49 alertas de productos que energizaban con baterías de litio e ion litio, originarias de diversos países y en productos tan diversos que van desde baterías de litio recargables hasta taladro para hielo.

La Comisión para la Seguridad de los Productos de Consumo (CPSC) de EEUU, ha reportado 10 alertas relacionadas con sobrecalentamiento de baterías de litio (considerando el período comprendido entre septiembre de 2002 y diciembre de 2016), las que incluyen productos tales como: bicicletas eléctricas, luces de bicicletas, monitores eléctricos, aeroplano radio controlado, guantes para calentarse, notebooks, pack de baterías de litios portátiles, celulares y hoverboard[12].

De las alertas anteriores cabe destacar una alerta a nivel mundial para el teléfono celular Samsung Galaxy Note S7. Tal alerta a raíz de una serie de incidentes en que la batería de litio se sobrecalentó e incendió[13].

Otra alerta que destaca son las patinetas eléctricas de dos ruedas diversas marcas, que usan baterías de litio, de las cuales han existido alertas en EEUU y Australia relacionadas con el riesgo de explosión o incendio producto de sus pilas o baterías energizantes[14]-[15].

OTROS DATOS SOBRE LAS BATERÍAS DE LITIO

Funcionamiento de las baterías de litio:

Las baterías son pequeños recipientes de energía química. Cuando uno de estos componentes se conecta a la red eléctrica, arranca una reacción química en el interior y se transfieren electrones desde el ánodo (polo positivo) hasta el cátodo (polo negativo). Una vez cargada, podrá alimentar un dispositivo hasta que se hayan transferido todos los electrones y un interruptor built-in (con encendido y apagado) la desconecte.

Distintos tipos

Las baterías de litio tienen dos tipos que son las más importantes:

Tipo

Ventajas

Desventajas

Usos

Ion-Li: Están hechas de litio y carbono[16].

  • No sufren el efecto memoria y pueden cargarse sin necesidad de estar descargadas completamente

Comienzan a degradarse una vez que salen de fábrica sean usadas o no

Rápida degradación y sensibilidad a las elevadas temperaturas, que pueden resultar en su destrucción por inflamación o incluso explosión[17].

Su uso se ha popularizado en aparatos como teléfonos móviles, agendas electrónicas, ordenadores portátiles y lectores de música.

LiPo:
  • Es una batería de litio con un polímero sólido como electrolítico
  • No sufren del efecto memoria.
  • Mayor densidad de carga, por tanto, tamaño reducido.

Buena tasa de descarga, bastante superior a las de iones de litio

La gran desventaja de estas baterías es que requieren un trato mucho más delicado, bajo riesgo de deteriorarlas irreversiblemente o, incluso, llegar a producir su ignición o explosión

Su tamaño y peso las hace muy útiles para equipos pequeños que requieran potencia y duración, como manos libres bluetooth, aeromodelismo, drones, cámaras de video, notebooks, ipad, iphone y ipod[18].

Otros antecedentes importantes:

Fuente: Diario On Line BBC[19].

  • Sobrecalentamiento y explosión de las baterías de litio:

Se ha demostrado las baterías de alta densidad a base de iones de litio no son suficientemente seguras. "Cuanta más energía se pone en una caja, más peligrosa será" dice Billy Wi, profesor de ingeniería del diseño en el Imperial College de Londres. "La gestión térmica es crucial. Si la batería se calienta a más de 80 grados se produce lo que se llama fuga térmica, donde los componentes empiezan a descomponerse y es cuando puede explotar"[20].

Desde hace años los científicos han estado buscando mejorar las baterías de litio para evitar su sobrecalentamiento, en ese sentido científicos Estadounidenses han realizado pruebas con perfluoropoliéter (PFPE), como electrolito en baterías de iones de litio que no es inflammable (tiene la misma estructura química del polimero)[21]. El equipo de investigadores se centrará en la manera de optimizar la conductividad de este electrolito y mejorar los ciclos de recarga de la batería y los pasos necesarios antes de su comercialización, indicaron los autores de este hallazgo.

  • Etiqueta manipulación distintiva (baterías iones litio) para transporte aéreo

Esta etiqueta debe tener por lo menos 110 mm × 120 mm y debe estar en el exterior del paquete que contiene las baterías de iones de litio. Para paquetes más pequeños que solo pueden llevar etiquetas más pequeñas, las dimensiones de la etiqueta deben ser de 105 mm de ancho × 74 mm de alto.

RESUMEN Y CONCLUSIONES:

En nuestro país no existen restricciones regulatorias en la comercialización de este tipo de productos, lo que debería evaluarse a futuro.

Considerando la gran cantidad de casos de incidentes registrados a nivel mundial, es importante que en los rótulos o etiquetas de éstos productos o aquellos que los contienen, se informe la forma de uso y cuidado más adecuado en la manipulación de este tipo de fuente energética, con el fin de prevenir posibles accidentes derivados de su uso, los que debieran estar advertidos en idioma español.

Por otra parte, a nivel internacional, se han implementado variadas restricciones para las baterías de litio dado que están diseñadas para otorgar niveles altos de energía, implicando que a veces puedan inflamarse si entran en cortocircuito. Por estas razones, es importante también respetar las regulaciones existentes en materia de seguridad respecto del envío aéreo de baterías.

Se hace necesario que la industria ponga atención en la investigación, diseño y desarrollo de este tipo de productos, a fin de prevenir nuevos incidentes, bajo una visión en que el costo-beneficio del confort, portabilidad, diseño y seguridad estén en equilibrio, y resguardando la salud e integridad de los consumidores y consumidoras.

Para más información, revise a continuación nuestra guía de consejos y recomendaciones para el uso y transporte de este tipo de productos.

Más información:

Noticia original: Guía en formato PDF

7 pp.

GUÍA DE CONSEJOS: BATERÍAS DE LITIO

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Fuentes consultadas:

[1] Empresa de Contenedores-Clasificadores Urbanos. Visitado con fecha: 27.12.2016. Recuperado de: http://www.minis.cat/esp/reciclar-pilas-baterias-moviles.php
[2] Ministerio del Medio Ambiente. Visitado con fecha: 16.12.2016. Recuperado de:http://www.mma.gob.cl/1304/articles-55497_Diagnostico_Pilas_2011.pdf
[3] Diario On Line El Comercio. Visitado con fecha: 16.12.2016. Recuperado de: http://elcomercio.pe/tecnologia/actualidad/que-prohiben-baterias-litio-muchos-aviones-noticia-1835708
[4]Pagina Web Diario BBC. Visitado con fecha: 27.12.2016. Recuperada de: http://www.bbc.com/mundo/noticias/2015/08/150825_tecnologia_peligros_bateria_litio_seguridad_aerea_mes
[5] Diario On Line El Comercio. Visitado con fecha: 16.012.2016. Recuperado de: http://elcomercio.pe/tecnologia/actualidad/que-prohiben-baterias-litio-muchos-aviones-noticia-1835708
[6] Diario On Line Publimetro. Visitado con fecha: 16.06.2016. Recuperado de: http://www.publimetro.cl/nota/teknik/celular-explota-y-despedaza-la-cara-de-un-nino-de-12-anos/oEpodj!NkrEO_fj2knZK0SC7rz_0A/
[7] Diario On line Tiempo. Visitado con fecha: 27.12.2016. Recuperado de: http://tiempo.com.mx/noticia/23489-hombre_queda_envuelto_en_llama/1
[8] Diario On line. Visitado con fecha: 27.12.2016. Recuperado de: https://www.wayerless.com/2014/10/la-bateria-de-un-telefono-movil-explota-en-las-manos-de-una-mujer-en-china/
[9] Noticias Fox 4 News. Plataforma Youtube. Visitado con fecha: 27.12.2016. Recuperado de: https://youtu.be/CIVCsfYek5E
[10] Diario On line El Heraldo. Visitado con fecha: 27.12.2016. Recuperado de: http://www.elheraldo.hn/pais/709847-214/honduras-explota-bater%C3%ADa-de-celular-en-la-mano-de-un-ni%C3%B1o
[11]Diario On Line La Tercera. Visitado con fecha: 27.12.2016. Recuperado de: http://www.latercera.com/noticia/latam-prohibe-utilizar-samsung-galaxy-note-7-aeronaves/y http://www.diarioeldia.cl/pais/sky-prohibe-transporte-aereo-con-aparatos-samsung-galaxy-note-7
[12] Página Web Comisión para la Seguridad de los Productos de Consumo (CPSC). Visitado con fecha: 27.12.2016. recuperado de: https://www.cpsc.gov/Recalls?field_rc_date_value%5Bmin%5D%5Bmonth%5D=&field_rc_date_value%5Bmin%5D%5Byear%5D=&field_rc_date_value%5Bmax%5D%5Bmonth%5D=&field_rc_date_value%5Bmax%5D%5Byear%5D=&combine=lithium
[13] Página Web Comisión para la Seguridad de los Productos de Consumo (CPSC). Visitado con fecha: 27.12.2016. recuperado de: https://www.cpsc.gov/es/noticias/2016/samsung-recalls-galaxy-note7-smartphones?field_rc_date_value%5Bmin%5D=&field_rc_date_value%5Bmax%5D=&field_rc_heading_value=&field_rc_hazard_description_value=&field_rc_manufactured_in_value=&field_rc_manufacturers_value=&page=7
[14] Comisión Australiana de Consumo & Competencia (ACCC). Visitado con fecha: 27.12.2016. recuperado de: https://www.productsafety.gov.au/recall/tcb-contracting-pty-limited-balancing-scooter-hoverboard
[15] Página Web Comisión para la Seguridad de los Productos de Consumo (CPSC). Visitado con fecha: 27.12.2016. recuperado de: https://www.cpsc.gov/recalls/2016/hoverboard-llc-recalls-self-balancing-scooters-hoverboards
[16] Página Web HowStuffWorks. Visitado con fecha: 27.12.2016. Recuperado de: http://electronics.howstuffworks.com/everyday-tech/lithium-ion-battery.htm
[17] Tecnología de las baterías. Universidad Técnica Federico Santa María. Visitado con fecha: 27.12.2016. Recuperado de: http://www2.elo.utfsm.cl/~elo383/apuntes/PresentacionBaterias.pdf
[18] Página Web Ecured. Visitado con fecha: 27.12.2016. Recuperado de: https://www.ecured.cu/Bater%C3%ADas_de_Li-Po
[19] Pagina Web Diario On Line BBC. Visitado con fecha: 27.12.2016. recuperado de: http://www.bbc.com/mundo/noticias-37619104
[20] Pagina web Computer Hoy. Visitado con fecha: 27.12.2016. Recuperado de: http://computerhoy.com/noticias/hardware/como-funcionan-baterias-que-algunas-explotan-52396
[21] Pagina Web Diario Emol. Visitado con fecha: 27.12.2016. Recuperado de: http://www.emol.com/noticias/tecnologia/2014/02/11/644233/presentan-sustancia-que-podria-hacer-que-las-baterias-de-litio-no-sean-inflamables.html

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