La ciencia detrás de la batería de iones de litio: ¡ecuación química!

Aproximadamente en 1912, un científico llamado GW Lewis comenzó a trabajar con baterías que funcionaban con litio. Fue entonces cuando nació el concepto. Sin embargo, no se introdujeron formalmente hasta principios de la década de 1970. El ánodo de estas baterías está hecho de litio.

Tienen una vida útil más prolongada pero también generan un mayor costo por unidad. Hay seis tipos diferentes de iones de litio que se utilizan en diferentes baterías. Todos ellos tienen sus propios pros y contras. Sin embargo, el más adecuado es el fosfato de hierro y litio (LiFePO4). Este electrodo es seguro de usar y tolera el abuso. Esto también proporciona una larga vida útil y un gran equilibrio térmico. Suelen utilizarse en dispositivos portátiles. El otro electrodo utilizado en estas baterías está compuesto de grafito. Su carga de alta densidad los distingue de las baterías alcalinas. Pueden producir un alto voltaje de 1,5 V a casi 3,7 V. El voltaje depende del litio. El principal factor decisivo del voltio es la calidad del ion de litio utilizado y el diseño de la batería. Discutiremos las ecuaciones químicas utilizadas en las baterías de litio más adelante en este artículo.

Hay millones de aplicaciones de baterías de iones de litio. Los más comunes se encuentran en el campo de la medicina. También se utilizan en asistentes personales. El uso de baterías de iones de litio es infinito. Como PDA, medidores de presión arterial / diabetes y muchos otros dispositivos portátiles. En comparación con las pilas alcalinas, estas pilas cuestan más. Pero la ventaja de una larga vida hace que valgan los pocos dólares extra que tenemos que pagar. También se pueden reacondicionar y son de larga duración.

La ventaja de la batería de litio es que no emite gases nocivos, como oxígeno e hidrógeno. Además, las baterías de litio refuerzan un fuerte vínculo molecular entre sus iones. Lo que les da la característica de larga duración y equilibrio térmico. Estas baterías pueden albergar energía equivalente a casi tres o cuatro baterías alcalinas. Sin embargo, es portátil y compacto. Esto le da una ventaja sobre las otras baterías disponibles.

Entonces, la pregunta principal es cómo una batería tan pequeña alberga una central eléctrica tan grande dentro de sí misma. La respuesta es bastante simple. Una batería de iones de litio tiene complejas ecuaciones químicas que la respaldan. Intentemos comprender mejor estas ecuaciones en el siguiente título.

¿Cuál es la reacción química en una batería de iones de litio?

Las baterías de iones de litio contienen iones de litio [Li +]. Están involucrados en todas las reacciones en las baterías de iones de litio. Hay dos electrodos en todos los tipos de baterías. Llamado ánodo y cátodo. En una batería de iones de litio, ambos electrodos están hechos de materiales que pueden intercalar fácilmente los iones de litio. Esto significa que ambos electrodos presentes en la batería de iones de litio deben estar construidos con materiales que puedan absorber iones de litio.

En términos simples, la intercalación significa mantener los iones cargados dentro de un material sin alterar las propiedades de los iones. Una cosa a tener en cuenta aquí es que el material huésped no debe alterar las propiedades del ion.

Cuando hablamos de iones de litio, los iones están conectados a un electrón dentro de los confines de un ánodo. Cuando la batería se descarga, los iones absorbidos se liberan del ánodo. Y luego los iones de litio nadan hacia el cátodo a través del electrolito.

La batería de iones de litio comienza su ciclo de vida completo desde que se descarga. Todos los iones de litio están intercalados en el cátodo y su química no está lo suficientemente avanzada como para producir electricidad por sí sola. Por lo tanto, es por eso que debe cargar la batería por completo antes de usarla. Tan pronto como la batería se carga, se produce una oxidación en el cátodo y esta es la razón por la que pierde algunos de sus iones cargados. Ahora los iones negativos abundan en el electrolito. Para mantener un equilibrio, algunos iones de litio intercalados cargados positivamente se liberan en el electrolito. Todos estos iones luego viajan hacia el ánodo y se intercalan con el grafito.

Cuando la batería comienza a descargarse, los iones de litio invierten todo el proceso que se describe anteriormente. Todos los iones de litio se desintercalan del ánodo y se dirigen hacia el cátodo a través del electrolito. Esta reacción libera los electrones que estaban atados con el ánodo. Esto produce un cable externo de energía que permite que la batería realice un trabajo real. Aquí, cuando los electrones viajan, todos los iones negativos y positivos se equilibran con el movimiento.

Cuando todos los iones regresan al cátodo, todas las reacciones se detienen. Y la batería se descarga y se agota. Cuando recargamos la batería, todo el proceso comienza una vez más y la batería comienza a generar energía.

¿Cuál es la fórmula de una batería de iones de litio?

Las reacciones que tienen lugar dentro de una batería de iones de litio no son muy complejas. Pero no son muy fáciles al mismo tiempo. El ion más famoso utilizado dentro de una batería de iones de litio es el ion de litio-cobalto (LiCoO2).

Las reacciones que tienen lugar en el interior de una batería con cátodo de iones LiCoO2 y un ánodo de grafito son las siguientes:

LiCoO2 + C? Li1-xCoO2 + LixC

Las flechas dobles aquí representan la reacción reversible. La flecha hacia adelante indica la carga y la flecha hacia atrás indica la descarga.

La reacción que ocurre en el electrodo positivo:

LiCo3 + O2? xLi + + Li1-xCo4 + xCo3 + 1-xO2 + e-

La reacción que ocurre en el electrodo negativo:

C + xLi + + e-? LixC

¿Cómo se fabrica una batería de iones de litio?

La formación de las baterías de iones de litio tiene los siguientes pasos:

• Lo primero que debe hacer es preparar las cosas que componen un electrodo.

• El segundo paso es convertir las materias primas en un electrodo real.

• Entonces tiene lugar la formación de electrolitos.

• Luego se cargan los iones.

• Todos los componentes de una batería se juntan para formar una batería.

• Luego, la batería se cubre con cubiertas cilíndricas.

A continuación, se prueba la seguridad de la batería.