¿Cuán eficientes son las baterías de iones de litio?

Una batería de iones de litio es una batería recargable. Las baterías de iones de litio están en todas partes, especialmente en aplicaciones de consumo como una computadora portátil, un teléfono inteligente, etc. y también en vehículos eléctricos. Todo gracias a las excelentes características que tiene la batería, como baja autodescarga, alta densidad de energía y sin efecto memoria. Todas estas características hacen que la batería de litio sea una mejor opción que otras químicas de batería disponibles en el mercado.

Con el tiempo, la batería de iones de litio que alimenta su aplicación durante horas o incluso días comenzará a perder gradualmente la capacidad para mantener la carga. Entonces, ¿alguna vez te has preguntado por qué sucede esto? Puede haber varias razones por las que las baterías de iones de litio se vuelven ineficaces.

En esta publicación, lo ayudaremos a comprender qué es lo que realmente debilita las baterías de iones de litio. Antes de que se dé cuenta, primero aprendamos sobre la eficiencia de las baterías de iones de litio.

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

Las baterías de iones de litio, introducidas por primera vez en la década de 1960, surgieron cuando Bell Laps introdujo un ánodo de grafito funcional para ofrecer una alternativa a la batería de litio (metal de litio). Sony produjo la primera batería comercial de iones de litio. Después de eso, los desarrollos y tecnologías de materiales mejorados han llevado a mejoras notables y vastas en lo que respecta a la densidad de energía y el ciclo de vida.

Cuando se trata de la eficiencia de las baterías de iones de litio, es casi del 100 por ciento, que es la mayor ventaja sobre otras tecnologías de baterías disponibles en el mercado.

Las baterías de iones de litio cuentan con una descarga rápida y una constante de tiempo de carga que se conoce como el tiempo para alcanzar el 90 por ciento de la potencia nominal de la batería, que es de alrededor de 200 ms, junto con una alta eficiencia de ida y vuelta del 78 por ciento en 3500 ciclos. No es ningún secreto que la batería de iones de litio se ha convertido en la tecnología de almacenamiento más importante, especialmente en el campo de las aplicaciones portátiles y móviles, por ejemplo, bicicletas eléctricas, teléfonos móviles, portátiles, tarjetas eléctricas y mucho más.

¿Qué debilita realmente las baterías de iones de litio?

Si se pregunta qué descompone las baterías de iones de litio, existen varios factores. Entonces, hablemos de ellos en detalle.

La parte activa del cátodo (fuente de iones de litio) está diseñada con una determinada estructura atómica, para rendimiento y estabilidad. Cuando los iones se eliminan, se mueven hacia el ánodo y luego, se insertan nuevamente en el cátodo, idealmente deberían regresar al lugar de donde se eliminaron para mantener esa estructura cristalina estable decente. Sin embargo, el problema es que la estructura cristalina puede alterarse con cada descarga y carga. Por lo tanto, es posible que un ion no regrese al mismo lugar. Gradualmente, estos cambios y modificaciones en el material alteran el cátodo en una estructura cristalina completamente nueva junto con diferentes propiedades electroquímicas.

Por lo tanto, se ha cambiado la disposición de átomos específicos que permitieron el rendimiento y la estabilidad deseados en primer lugar.

Problema de corrosión

La degradación también puede ocurrir en otras partes de la batería. Cada electrodo está equipado con un colector de corriente que es una pieza de metal (generalmente cobre para el ánodo y aluminio para el cátodo), que recolecta los electrones y los envía a un circuito externo.

Si el aglutinante deja de funcionar, el recubrimiento puede despegar el colector de corriente. Y si el metal se corroe, entonces no puede enviar electrones según lo previsto. La corrosión ocurre dentro de la batería debido a una interacción entre los electrodos y el electrolito. Según un estudio, se demuestra que el ánodo de grafito es extremadamente "reductor" que cede electrones con facilidad al electrolito y que el cátodo es altamente "oxidante" que puede aceptar electrones con facilidad del electrolito. Como resultado, puede corroer el colector de corriente hecho de aluminio o puede haber formación de recubrimiento en las partículas del cátodo.

Demasiado de una cosa decente

El grafito es el material comúnmente utilizado para hacer un ánodo. Es termodinámicamente inestable en un electrolito orgánico. Significa que la primera vez que la batería está en modo de carga, el grafito reacciona con el electrolito y esto da como resultado la formación de una capa porosa conocida como interposición de electrolito sólido o SEI.

El SEO es un defensor desafortunadamente inestable. Sin duda, hace una buena tarea protegiendo el grafito a temperaturas óptimas o ambiente. Sin embargo, en caso de altas temperaturas o cuando la batería de iones de litio tiene carga cero, el SEI puede disolverse parcialmente en el electrolito.

Evaluación de la eficiencia energética de una batería de iones de litio estacionaria

La eficiencia energética es un indicador de rendimiento notable cuando se trata de sistemas de almacenamiento de baterías. Se desarrolla un modelo electrotérmico completo de un sistema de batería de iones de litio estacionario y se lleva a cabo una evaluación de su eficiencia energética.

El modelo proporciona un enfoque holístico para medir las pérdidas de conversión y el consumo de energía auxiliar. Y los submodelos para electrónica de potencia, gestión térmica, bastidor de baterías, así como las partes de control y supervisión se desarrollan e integran en un modelo completo. La imitación se parametriza basándose en un prototipo de sistema de 192 kWh que utiliza baterías de fosfato de hierro y litio, que están conectadas a la red de “baja tensión”.

Los mecanismos de pérdida clave se determinan, se examinan y se modelan a fondo. Además, se estiman perfiles genéricos que presentan numerosos modos de funcionamiento del sistema para determinar las características de los sistemas de baterías estacionarias. Por lo general, las pérdidas en la "electrónica de potencia" superan las pérdidas de la batería en los sistemas operativos de baja potencia. La eficiencia del viaje de ida y vuelta de conversión se mide en el rango de 70 a 80 por ciento. La eficiencia general del sistema es de 8 a 13% puntos más baja para las aplicaciones de baterías fotovoltaicas.

Eso depende de la eficiencia de las baterías de iones de litio. Solo tenga en cuenta que la duración de la batería depende en gran medida de cómo la cuide.