Estructura de la batería de iones de litio

Estructura de la batería de iones de litio

Antes de que la batería de iones de litio estuviera disponible, las baterías para dispositivos portátiles incluían baterías de níquel-cadmio. La investigación sobre el uso de litio para baterías de dispositivos portátiles encontró algunos obstáculos. Las características que hicieron del litio una excelente opción para las baterías incluyen su peso ligero y su alta densidad de energía. Aunque la naturaleza inestable del litio redujo el ritmo de avance de la investigación sobre baterías de litio, en 1991, las primeras formas comerciales de baterías de iones de litio estuvieron disponibles. Sony introdujo la primera forma comercial de baterías de iones de litio. Muchos otros fabricantes han seguido su ejemplo en la búsqueda de fuentes de energía sostenibles. Hoy en día, las baterías de iones de litio están detrás de la portabilidad de muchos equipos y electrodomésticos. Estas baterías están especialmente detrás de la capacidad de los fabricantes de electrodomésticos para introducir versiones portátiles de la mayoría de los dispositivos.

¿Cuál es la estructura de las baterías de iones de litio?

Las baterías de iones de litio están formadas por ciertos componentes detrás del almacenamiento y la transferencia de energía eléctrica. Estos componentes incluyen el separador, el cátodo, el electrolito y el ánodo.

El cátodo es la parte de la batería que contiene el material activo. El material activo es la sustancia detrás de las reacciones químicas que tienen lugar dentro de la batería. Se supone que esta sustancia es litio, pero su estado inestable limita el uso del litio como elemento dentro del cátodo. Por tanto, el material activo de las baterías de iones de litio incluye compuestos como el óxido de litio.

Dentro del cátodo de las baterías de iones de litio, además del material activo, hay otros componentes. Estos componentes incluyen un aglutinante y un material conductor. El material conductor mejora la conductividad, mientras que el aglutinante promueve la alineación adecuada de todos los componentes dentro del cátodo.

Las baterías de iones de litio tienen componentes de ánodo donde se almacenan los iones de litio mientras se carga la batería. La conexión entre el ánodo y el cátodo permite el flujo de electrones que contribuye a la generación de energía.

Los materiales utilizados como ánodo dentro de una batería de iones de litio incluyen el grafito. El grafito se aplica debido a cualidades que incluyen el entorno estable que proporciona a los iones de litio, así como la baja reactividad electroquímica.

Los electrolitos de las baterías de iones de litio son los componentes de estas baterías que permiten el movimiento de los iones de litio en la generación de electricidad. Los materiales utilizados como electrolitos incluyen, por tanto, disolventes y sales.

Los separadores son componentes de las baterías de iones de litio que contribuyen a su seguridad. Estos componentes garantizan el flujo adecuado de iones para garantizar la seguridad y el correcto funcionamiento de la batería.

¿Cómo funciona la batería de iones de litio?

Los componentes de una batería de iones de litio funcionan en sinergia para impulsar sus acciones. Una batería de iones de litio funciona esencialmente como resultado del flujo de iones y electrones, siendo los iones en este caso iones de litio. Cuando la batería se está cargando, los iones abandonan el cátodo y van al ánodo donde permanecen durante el tiempo que se carga la batería. Cuando la batería comienza a descargarse, el flujo de iones se invierte, en este caso del cátodo al ánodo. Los iones se mueven a través del electrolito, mientras que los electrones se mueven a través de un circuito externo. No existe una interacción establecida entre los iones y los electrones cuando se mueven con una batería de iones de litio. Sin embargo, existe una relación inversa entre la dirección del flujo de iones y electrones. Si los iones se mueven en una determinada dirección, los electrones se mueven en la dirección del orden, y ambos se mueven dentro de los compartimentos especificados.

El movimiento de electrones e iones está relacionado en el sentido de que los electrones no pueden fluir si los iones no fluyen. La dirección del movimiento de iones y electrones durante el período de carga es opuesta a la dirección del flujo de iones y electrones durante el período de descarga. Durante el período de carga, la dirección de movimiento de los iones de litio es del cátodo al ánodo. Los electrones se mueven en la dirección opuesta. El movimiento de los iones y electrones continúa hasta que la batería está completamente cargada.

Cuando la batería se descarga, los iones que se movieron del cátodo al ánodo durante el período de carga regresan al cátodo. Este movimiento, al igual que durante la carga, continúa hasta que la batería está completamente descargada.

Cómo proteger la estructura de la batería de iones de litio

Se han planteado preocupaciones de seguridad sobre las baterías de iones de litio. La investigación también ha demostrado que los fabricantes de baterías de iones de litio, con el tiempo, han retirado del mercado lotes de baterías debido a las brechas de seguridad que se descubrieron.

Aunque las baterías de iones de litio son conocidas por su gran ciclo de descarga, son necesarias medidas de protección para mantener la estructura de estas baterías. Las medidas de protección aplicables incluyen aquellas que son enfoques todo en uno para garantizar la protección de la gran cantidad de celdas dentro de la batería. Las baterías de iones de litio tienen un gran número de celdas y las medidas de protección deben estar dirigidas a todas las celdas.

Los fabricantes de baterías de iones de litio integran elementos que monitorean los parámetros de las baterías además de prevenir daños en las celdas. Los componentes de las funciones de protección integradas en el diseño de las baterías de iones de litio incluyen componentes de aislamiento de señal y componentes de medición de voltaje y corriente. Los componentes están destinados a varios propósitos, incluido el monitoreo de la descarga y el nivel de carga de los paquetes de baterías.

La protección contra cortocircuitos es una forma de protección muy esencial para las baterías de iones de litio. Los fabricantes también incorporan características de protección contra sobrecorriente en las baterías de iones de litio como medidas para garantizar la protección de las celdas de las baterías de iones de litio.

Incluso con las preocupaciones existentes con respecto a las baterías de iones de litio, es importante señalar que las baterías de iones de litio siguen siendo seguras en general, ya que los fabricantes están explorando continuamente medios para ajustar las propiedades de las baterías hacia la máxima seguridad.

Actualmente, los fabricantes de baterías de iones de litio han logrado muchos avances en el diseño de medidas de seguridad a lo largo de tres enfoques. Estos enfoques incluyen la limitación del material activo de la batería, así como la incorporación de una variedad de medidas de seguridad, incluidas las indicadas anteriormente. Los fabricantes de baterías de iones de litio también se han centrado en la inclusión de un circuito de protección de baterías como uno de los componentes clave de las baterías para lograr la máxima seguridad. La seguridad de las baterías de iones de litio es un área de investigación que seguramente recibirá mucha atención ya que hay espacio para la aplicación de baterías de iones de litio a mayor escala.