¿Qué se entiende por batería de iones de litio?

Una batería de iones de litio o de iones de litio (que también se abrevia como LIB) es una de las baterías recargables más confiables. Son muy utilizados en electrónica portátil y también en vehículos eléctricos. Hoy en día, también se están volviendo cada vez más populares en aplicaciones militares y aeroespaciales. Esta es una tecnología que fue ampliamente desarrollada por Stanley Whittingham, John Goodenough, Rachid Yazami y Akira Yoshino en las décadas de 1970 y 1980. Luego fue comercializado por un equipo de Sony y Asahi Kasei bajo el liderazgo de Yoshio Nishi en 1991.

En este tipo de baterías, los iones de litio migran desde el electrodo negativo a través de un electrolito y luego al electrodo positivo a medida que la batería se descarga y luego se mueve en la dirección inversa durante el proceso de carga. Las baterías de iones de litio utilizan un compuesto de litio que está intercalado como material en el electrodo positivo y generalmente grafito en el electrodo negativo. Se sabe que estas baterías tienen una alta densidad de energía, ningún efecto de memoria y una baja autodescarga. Sin embargo, pueden representar un riesgo para la seguridad porque contienen electrolitos inflamables y pueden causar explosiones e incendios si están dañados o mal cargados. Los gigantes de la tecnología, Samsung, hace algún tiempo, tuvieron que retirar el Galaxy Note 7 –después de que se reportaron varios casos de incendios de iones de litio. También ha habido varios incidentes de este tipo con las baterías del Boeing 787.

La química, el costo, el rendimiento y las características de seguridad de las baterías de iones de litio varían según el tipo de batería de iones de litio. Los dispositivos electrónicos portátiles utilizan principalmente baterías de polímero de litio (que utiliza gel de polímero como electrolito) y óxido de cobalto de litio (LiCoO2) como material de cátodo. Proporciona a la batería una alta densidad de energía, pero presenta un pequeño riesgo de seguridad, especialmente cuando está dañada. También está el fosfato de hierro y litio (LiFePO4), la batería de óxido de manganeso de iones de litio (LiMn2O4, Li2MnO3 o LMO) y luego el óxido de cobalto de litio-níquel-manganeso (LiNiMnCoO2 o NMC) que tiene una densidad de energía más baja, pero una batería más larga vida y una menor probabilidad de incendio o explosión. Estas baterías se utilizan comúnmente para herramientas eléctricas, dispositivos médicos y otras funciones. El NMC es particularmente un competidor líder para aplicaciones automotrices.

¿Cómo funciona la batería de iones de litio?

Una batería está compuesta por un ánodo, un cátodo, un separador, un electrolito y dos colectores de corriente (que son positivos y negativos). El litio se almacena en el ánodo y el cátodo. El electrolito transporta iones de litio cargados positivamente durante la descarga del ánodo al cátodo y viceversa cuando se carga a través del separador. A medida que se mueven los iones de litio, hay una producción de electrones libres en el ánodo que genera una carga en el colector de corriente positiva. Esta corriente eléctrica fluye desde el colector de corriente al colector de corriente negativa a través del dispositivo que se alimenta (ya sea un teléfono móvil, una computadora o lo que sea). El separador bloquea el flujo de electrones en la batería.

Densidad de energía frente a densidad de potencia

Si ha escuchado mucho sobre estas baterías, debe haber escuchado estos dos conceptos muy comunes de baterías: la densidad de energía y la densidad de potencia. La densidad de energía generalmente se mide en vatios-hora por kilogramo (Wh / kg) y es la cantidad de energía que la batería puede ahorrar en relación con su masa. La densidad de potencia, por otro lado, se mide en vatios por kilogramo (W / kg) y es la cantidad de energía que se puede liberar o producir de la batería en relación con su masa. Para ponerlo en perspectiva, ve la batería como una piscina. La densidad de energía es como el tamaño de la piscina, mientras que la densidad de energía determina cómo se puede drenar la piscina en el menor tiempo posible.

Entonces, ¿qué tan seguras son las baterías de iones de litio?

Aunque las baterías de iones de litio han sido muy útiles para nuestras vidas, también pueden ser peligrosas. Bajo ciertas condiciones, estas baterías pueden no durar mucho cuando están sometidas a estrés o pueden tener algunos defectos de diseño.

El principal problema de las baterías de iones de litio se ha observado en casos que están relacionados con fallas de diseño o fallas en las que el proceso interno inicialmente funcionó correctamente.

En algunos otros casos, los eventos de estrés han provocado frecuentes averías de las baterías de iones de litio. Por ejemplo, si nota que la batería está reaccionando, tal vez al sobrecalentamiento o al cargarse a temperaturas muy bajas, eso puede ser un problema. Es probable que esto afecte la programación de la batería y puede provocar un mal funcionamiento e incluso provocar la explosión del dispositivo.

¿Por qué utiliza una batería de iones de litio?

Hay varias razones por las que las baterías de iones de litio son la opción preferida cuando se trata de almacenamiento de energía, y las siguientes son algunas de las razones.

Densidad de alta energía

La alta densidad de energía es una de las principales ventajas del uso de la tecnología de baterías de iones de litio. Los dispositivos electrónicos, como los teléfonos móviles, necesitan funcionar durante más tiempo entre cargas y también consumen energía a medida que se cargan; para tales dispositivos, se necesitan baterías con una mayor densidad de energía. Además, hay muchas aplicaciones eléctricas, desde herramientas eléctricas o eléctricas hasta vehículos eléctricos que necesitan dispositivos de almacenamiento de energía de alta densidad. La mayor densidad de potencia de las baterías de iones de litio es una ventaja definitiva. Este almacenamiento de batería de alta densidad es justo lo que los vehículos eléctricos necesitan para funcionar correctamente.

Autodescarga

Un problema con la mayoría de las tecnologías de baterías es su tasa de autodescarga. Las celdas de iones de litio tienen una tasa de autodescarga mucho más baja que las otras celdas recargables como las celdas Ni-Cad y NiMH. Por lo general, es solo alrededor del 5% durante las primeras 4 horas después de que se carga, luego cae a solo 1 o 2% por mes.

Bajo mantenimiento

Una ventaja importante de las baterías de iones de litio es que no requieren mantenimiento para garantizar su rendimiento a un nivel óptimo. Las celdas de Ni-Cad requieren descargas completas para garantizar que su efecto memoria no afecte su funcionalidad. Dado que esto no afecta a las baterías de iones de litio, la descarga total obligatoria o procedimientos de mantenimiento similares no son necesarios.

No se necesitan requisitos de imprimación

Algunas baterías recargables deben cebarse cuando se cargan por primera vez. Esto no es necesario con las baterías de iones de litio.

Hay una variedad de ellos disponibles.

Hay diferentes tipos de baterías o celdas de iones de litio disponibles. Esta ventaja particular de las pilas o baterías de iones de litio significa que existe un tipo de batería para su uso en cualquier aplicación tecnológica. Algunas formas de estas baterías están disponibles para la electrónica de consumo, ya que proporcionan alta densidad de corriente, mientras que otras están disponibles para uso industrial, herramientas eléctricas e incluso en automóviles eléctricos.