¿Qué es la batería de iones de litio?

Las baterías se encuentran entre las mejores tecnologías que el mundo haya presenciado. Llegaron en el momento adecuado cuando el mundo necesitaba pasar de los combustibles fósiles a las energías renovables. Con el calentamiento global y otros placeres similares que enfrenta el medio ambiente natural, no podemos negar el papel de las baterías en la restauración del orden.

Y para mejorar aún más las cosas, la tecnología ha ido mejorando a lo largo de los años. Hemos tenido un tipo diferente de baterías, y la mejor de todas es la de litio.

Las baterías de iones de litio (LIB) son algunas de las baterías más potentes de la actualidad. Son fuertes, duraderos y producen más energía. En esta guía, cubriremos qué es LIB.

Definición de fórmula de iones de litio

Las baterías de iones de litio forman parte de una familia de baterías recargables. Tienen una alta densidad de energía y comúnmente utilizan componentes electrónicos de polímeros.

Mucha gente confunde las baterías de litio con LIB. El primero es un paraguas bajo el cual cae el segundo. Algunas baterías de litio son desechables, lo que significa que no se pueden recargar. LIB, por otro lado, aplica el uso de litio intercalado. Esto las diferencia del electrodo de litio metálico de otras baterías de la misma familia.

LIB contiene electrodos negativos y positivos rodeados por un electrolito. Esta combinación crea un medio perfecto para que los iones de litio se muevan libremente de un electrodo a otro y viceversa.

Durante la descarga, los electrones fluyen a través de un circuito externo haciendo que fluya la energía eléctrica. La energía producida es lo suficientemente potente como para que la mayoría de los dispositivos electrónicos funcionen.

Un proceso llamado inserción (intercalación) o extracción (desintercalación) se lleva a cabo repetidamente. Es por esto que el ion de litio se mueve libremente dentro y fuera de las estructuras de los electrodos.

Las LIB también se conocen como las 'baterías oscilantes de chare' o las 'baterías oscilantes', y puedes imaginar por qué. La terminología proviene del movimiento de iones de litio, como se describió anteriormente.

Una descarga hace que los iones de litio se muevan desde el ánodo (generalmente con grafito = C6) al cátodo. Al mismo tiempo, los electrones se moverán en la misma dirección a través de un circuito externo. Lo contrario ocurre durante una recarga donde los iones de litio y los electrodos regresan al ánodo, ahora altamente energizado.

Aquí está la química simple de lo anterior. Durante la semirreacción del cátodo en el sustrato de óxido de cobalto dopado con litio, obtenemos:

CoO2 + Li ++ e- LiCoO2

La semirreacción en el ánodo para el grafito:

LiC6 C6 + Li + + e-

Durante una reacción completa, descarga y carga, la reacción es:

LiC6 + CoO2 C6 = LiCoO2.

Hay límites para la reacción general. Por ejemplo, si la batería se descarga en exceso, el ánodo de litio y cobalto se sobresatura. En este caso, se producirá un óxido de litio, lo que provocará una reacción que no se puede revertir. Por otro lado, la sobrecarga de las baterías también tiene efectos, ya que conduce a la síntesis del óxido de cobalto IV. Es algo similar a la difracción de rayos X.

El transporte de iones de litio de los electrodos negativos a los positivos se realiza oxidando la transición del metal. Esto significa que el cobalto (Co), en Li (1-x), el CoO2 se reduce aumentado de CO3 + a CO4 + durante una carga. Lo contrario ocurre durante una descarga. Solo puede revertir una reacción de electrodo de cobalto para x <0.5. Es por eso que se permite una profundidad para la descarga.

La energía de una celda se encuentra calculando el voltaje multiplicado por la carga. Las baterías de litio contienen más energía que otras baterías debido a:

· Uso de electrolitos líquidos que contienen sales en un disolvente orgánico.

· Electrolitos sólidos. Los desarrollos recientes han fomentado el uso de electrolitos sólidos, lo que mejora el rendimiento de las baterías.

Historia de la tecnología de baterías

Aquí hay una historia cronológica de la tecnología de la batería.

· 1799. El físico italiano Alessandro Volta inventa la pila voltaica. Desarrolló la primera batería eléctrica que proporcionaba corriente eléctrica continua a un circuito. En esta pila voltaica, el zinc y el cobre se usaron como electrodo, y el papel empapado en salmuera se convirtió en el electrolito.

· 1836. Cuarenta años después, el químico británico John Frederic Daniell creó una nueva célula, la Daniell Cell. La nueva celda tenía como objetivo resolver el problema de la burbuja de hidrógeno. En la invención anterior, las burbujas de hidrógeno se acumulaban en la parte inferior de los electrodos de zinc, lo que limitaba su vida útil y uso. Daniell introdujo el uso de una olla de cobre llena de una solución de sulfato de cobre. Se sumergió además en ácido sulfúrico y un electrolito de zinc dentro de un recipiente.

· 1859. Un físico francés Gaston Plante inventa la primera batería recargable. Estas fueron las primeras baterías de plomo-ácido que vinieron con bajo costo y altas corrientes de sobretensión. Todavía se utilizan en motores de arranque de automóviles incluso en la actualidad.

· 1899. Waldemar Jungmar inventa las baterías de níquel cadmio NiCad en Suecia. Fueron los primeros en mojarse como las baterías de plomo-ácido utilizando un electrolito líquido. Estas baterías se convirtieron en el trampolín para la tecnología de baterías moderna.

· Década de 1950. Marcas como Duracell y Energizer se hicieron populares en el desarrollo de pilas alcalinas. Son económicos y normalmente no recargables. Pero un electrolito específico, el hidróxido de potasio, puede hacerlos recargables. Las pilas alcalinas que se utilizan hoy en día son una invención de un ingeniero canadiense, Lewis Urry. Usó óxido de zinc y manganeso en los electrodos. El hidróxido de potasio actúa como electrolito alcalino.

· 1989. Las baterías de níquel e hidruro metálico NiMH se inventaron con una aleación que absorbe hidrógeno en lugar de cadmio tóxico. Son más ecológicos y se utilizan para herramientas eléctricas, cámaras digitales y otros dispositivos electrónicos.

· 1991. La batería de iones de litio entra en juego con Sony lanzando las primeras baterías LIB comerciales. Estas son baterías de alta energía con alta densidad de energía, como se discutió anteriormente.

Especificación de la batería de iones de litio

Las baterías LIB varían en especificaciones según el tipo específico. Considere baterías LIB de 12v - 100Ah y Lim de 24V - 100Ah como se muestra a continuación.

Tipo LIB 12V - 100Ah 24V - 100Ah

N º de Modelo. 012-00002GF 012-00004GF

Capacidad nominal 100Ah 100Ah

Voltaje nominal de la batería 12VDC 24VDC

Operación V Descarga 9.2VDC 18.4VDC

Operación V carga 15 VDC 30VDC

Corte mínimo de V de celda 2,3 V CC 2,3 V CC

Tensión de celda de corte máximo 4,2 V CC 4,2 V CC

Corriente continua de carga / descarga 100A 100A

Ciclo de vida 80% / 70% DOD> 2000 /> 5000> 2000 /> 5000

Temperatura de funcionamiento -40 grados C = 50 grados C -40 grados C + 50 grados C

Consumo del modo de operación 350mA 180mA

Watt horas 1320Wh 2650Wh