¿Cómo hacer una batería de litio?

Todos sabemos que el mundo funciona con baterías de litio. Y la tecnología de litio ciertamente nos ha hecho la vida más fácil que nunca. Desde las computadoras portátiles hasta los teléfonos inteligentes que usamos e incluso los vehículos hoy en día tienen baterías de litio infundidas de la manera más inteligente. Los beneficios de estas baterías superan los riesgos y esta es la razón principal por la que se encuentran en la cima del mercado de baterías.

Entonces, aquí, vamos a discutir cómo se fabrica la batería de litio. Hay muchos materiales utilizados en las baterías y los exploraremos en detalle junto con el funcionamiento de estas baterías. Empecemos.

¿Cómo se fabrica la batería de litio?

Para comprender el funcionamiento de la batería de litio, debe saber que hay muchos componentes en el sistema. Desde el ánodo hasta el cátodo, las formas hasta la electroquímica, hay una ciencia más profunda detrás de la batería que usamos.

Una batería típica se compone de ánodo, cátodo, separador, electrolito y dos colectores de corriente. El elemento de litio se almacena en ambos lados, es decir, ánodo y cátodo. El electrolito ayuda a que los iones de litio cargados positivamente se muevan de ánodo a cátodo y viceversa. A medida que los iones se mueven entre los electrodos, se crean electrones libres en el ánodo que es responsable de inducir la carga en el colector de corriente positiva. Y es el colector de corriente el responsable del flujo de corriente eléctrica. El separador tiene la función de bloquear el flujo de electrones dentro de la batería que evita que se produzca un cortocircuito.

¿Qué materiales se utilizan para fabricar una batería de litio?

Como ahora comprende la idea básica de una batería de litio, es hora de profundizar un poco más. Los 4 componentes principales que contienen los diferentes materiales se explican a continuación.

1: Materiales del cátodo:

El material de cátodo más apropiado que son las baterías son los óxidos de litio-metal como LiCoO2, Li (NixMnyCoz) O2, olivinas, LiMn2O4 y algunos otros óxidos de litio recargables. En la actualidad, se están estudiando los óxidos en capas que contienen cobalto y níquel para las baterías de iones de litio. Esto se debe a la estabilidad del cobalto en rangos de alto voltaje. Pero el cobalto es tóxico por naturaleza y tiene una disponibilidad limitada.

El manganeso se usa comúnmente debido a la sustitución de bajo costo y al alto valor de umbral térmico del elemento. Para obtener mejores resultados, se utiliza la combinación de manganeso, cobalto y níquel para dar las mejores propiedades y superar los inconvenientes.

2: Materiales del ánodo:

Los materiales de ánodo más comunes para las baterías de litio son el litio, las aleaciones de litio, el grafito, el silicio y algunos otros compuestos de carbono. El litio es un material sencillo pero tiene varios problemas relacionados. El comportamiento cíclico del litio y el crecimiento dendrítico es peligroso para la batería. Por lo tanto, los materiales carbonosos son los más preferidos para las baterías de litio, ya que están fácilmente disponibles y tienen un bajo costo. Por supuesto, la capacidad de la batería está comprometida, pero los científicos todavía están tratando de hacer la mejor mezcla que elimine los inconvenientes y obtengamos los mejores resultados.

3: Material del electrolito:

Para el electrolito, una batería de litio necesita un electrolito que sea robusto y pueda soportar la alta temperatura y el voltaje existente. Junto con esto, el electrolito también debe poseer una larga vida útil mientras mantiene la movilidad de los iones de litio. Por tanto, se utilizan electrolitos líquidos, poliméricos y de estado sólido. El electrolito orgánico y a base de solvente es la mejor opción para la batería de litio. Contiene LiBC4O8 (LiBOB), LiPF6, Li [PF3 (C2F5) 3] y algunos compuestos similares. Al elegir el electrolito, debemos tener en cuenta la inflamabilidad de los disolventes junto con las posibles condiciones térmicas de fuga. Y así se decide el electrolito.

4: Separadores:

Es el material que separa los dos electrodos entre sí para evitar el cortocircuito de la batería de litio. Cuando el electrolito utilizado es líquido, se utiliza un separador de espuma para mantener el electrolito en su lugar. El separador utilizado debe ser un aislante electrónico y tener una resistencia mínima para el electrolito. Máxima estabilidad mecánica, resistencia química a la degradación, etc., son algunas de las propiedades habituales que debe tener el separador.

Una cosa buena para las baterías que usaban electrolitos de estado sólido y algunos electrolitos de polímero es que no necesitan ningún material separador.

¿Cómo funciona una batería de iones de litio?

Como cualquier otra batería, el funcionamiento de una batería de iones de litio es similar. El componente básico de las baterías es el componente generador de energía llamado celda. Cada celda contiene tres componentes esenciales, un electrodo positivo, un electrodo negativo y un electrolito químico. Como sugiere el nombre, el electrodo positivo está conectado al terminal positivo de la batería y el electrodo negativo está conectado al terminal negativo.

El funcionamiento de las baterías es bastante sencillo. Durante la carga, el electrodo positivo cede algunos iones de litio y se mueven a través del electrodo para alcanzar el ión negativo. Luego, los iones se almacenan en el electrodo negativo. Una vez que se almacenan los iones máximos en el lado negativo, la batería se carga completamente. Ahora, durante el proceso de descarga, los iones de litio regresan al electrodo positivo, liberando energía que alimenta la batería.

El movimiento de iones y electrones es un proceso interconectado. Ambos procesos van de la mano. Si los iones dejan de moverse porque la batería está completamente descargada, entonces el flujo de electrones también se interrumpe en el circuito externo. Lo mismo ocurre cuando apagas el dispositivo que está alimentando la batería. El movimiento de iones se detiene y la batería deja de descargarse a un ritmo elevado. Sin embargo, el proceso de descarga continúa a un ritmo muy lento incluso si el aparato deja de usar energía.

La mejor característica de las baterías de iones de litio son sus controladores electrónicos. Estos controladores regulan cómo se cargan y descargan las baterías. Esto brinda protección contra la sobrecarga y el sobrecalentamiento de las baterías y evita que exploten en algunas circunstancias desafortunadas.

Como puede ver, la química de la batería no es tan complicada como parece. Pero hay muchos aspectos de las baterías de litio que solo pueden ser tratados por expertos. Entonces, si algún día intenta diseñar una batería de litio, siga todas las precauciones y medidas de seguridad.