22 años de personalización de baterías
Nov 08, 2022 Pageview：190
La densidad de energía se refiere a la cantidad de energía que posee una batería en comparación con su tamaño. Se ha convertido en una métrica vital, especialmente en los dispositivos modernos. La mayoría de los dispositivos hoy en día requieren mucha energía, pero de una batería de tamaño pequeño.
Cuanto mayor sea la densidad de energía de una batería, más tiempo podrá emitir carga. Esto significa que se demandan baterías con alta densidad de energía porque ocupan menos espacio. Por ejemplo, los dispositivos electrónicos como teléfonos inteligentes, computadoras portátiles y tabletas requieren baterías de alta densidad para funcionar durante un período prolongado. En este artículo, lo guiaré a través de todo lo que necesita saber sobre la densidad de energía.
La densidad de energía de la fórmula de la batería
Hay dos formas de encontrar la densidad de energía de una batería. El primer método se conoce como densidad de energía gravimétrica. Esto se refiere a la cantidad de energía que contiene una batería en proporción a su peso. El segundo método se conoce como densidad de energía volumétrica. En este método, divides la energía de una batería por su volumen.
La energía de la batería generalmente se mide en vatios-hora. Representa el uso de un vatio en una hora. Para obtener la densidad de energía, necesitamos, por lo tanto, dividir los vatios hora, que es su energía, por su peso (kg o g) o por su volumen (litros).
Densidad de energía gravimétrica = vatios-hora / peso
Densidad de energía volumétrica = Vatios-hora / Volumen
El primer paso es determinar el Wh de la batería. A continuación, debe determinar el peso o el volumen de la división. Puede proporcionar la respuesta como Wh/Kg o Wh/L. Tenga en cuenta que al calcular la densidad de energía de otras fuentes de energía, puede ser más de 1000 Wh/kg. Por lo tanto, puede representar la respuesta como KWh/kg o KWh/L. Esto se debe a que 1000 vatios hora hacen 1 kilovatio hora.
Es importante tener en cuenta que la densidad de energía es diferente de la densidad de potencia. El primero se refiere a la energía almacenada en la batería en comparación con su volumen o peso. Por el contrario, la densidad de potencia se refiere a la potencia de salida por kilogramo. En términos simples, la densidad de energía mide la cantidad de energía que contiene una batería, mientras que la densidad de potencia mide cuánto produce.
Densidad de energía de los tipos de batería
Las baterías tienen diferentes densidades de energía dependiendo de su composición química. Echemos un vistazo a las densidades de energía de los tipos de batería más utilizados.
Óxido de cobalto de litio
El óxido de litio y cobalto tiene una de las densidades más altas, que oscila entre 150 y 200 Wh/Kg. El cátodo está hecho de cobalto. Una estructura en capas se encuentra entre el cátodo y el ánodo para permitir el movimiento de los iones de litio. Las baterías de cátodo de litio son populares en vehículos eléctricos, computadoras portátiles y teléfonos celulares.
Aunque contienen la mayor cantidad de energía, las baterías de óxido de cobalto y litio son muy caras. Esto se debe a que escasean y hay una mayor demanda de automóviles eléctricos.
baterías de litio, níquel, manganeso, óxido de cobalto
Las baterías NMC tienen una alta densidad de energía que oscila entre 150 Wh/kg y 220 Wh/kg. Se agregan níquel y manganeso para agregar estabilidad. También se utiliza en vehículos eléctricos, bicicletas eléctricas y dispositivos médicos. La química de esta batería determina su densidad de energía. El níquel es inestable con una alta densidad de energía, mientras que el manganeso es estable con una baja densidad de energía.
Ácido de plomo (SLA/VLRA
Las baterías de plomo-ácido tienen la menor densidad de energía. Aguantan aproximadamente de 30 a 40 Wh/kg, lo que equivale a 60 a 75 Wh/L. El ácido de plomo es uno de los tipos de batería más antiguos que se han creado. A pesar de tener una baja densidad energética, se utilizan para muchas aplicaciones, como arrancar el motor de un automóvil.
Hidruro metálico de níquel
El Hidruro Metálico de Níquel, conocido popularmente como NiMH, tiene una densidad energética de 100 Wh/Kg. Estas baterías tienen más densidad de energía en comparación con las baterías de NiCd. Las baterías de NiMH son populares porque son menos propensas a explosiones y fugas. Por este motivo, son muy utilizadas como alternativa a las pilas alcalinas.
Pila alcalina
La densidad de energía de las pilas alcalinas oscila entre 85 y 190 Wh/kg. Obtiene su energía de una reacción química entre el dióxido de manganeso y el zinc metálico. Las pilas alcalinas suelen preferirse en comparación con las pilas de carbonato de zinc debido a su larga vida útil y su mayor densidad de energía.
Densidad de energía de la batería frente al combustible para aviones
Lo único que se interpone entre el futuro de los autos voladores es la densidad de energía. Esta es también parte de la razón por la que todavía dependemos de la gasolina y el combustible para aviones para aviones y transbordadores espaciales. En términos simples, la mayoría de las baterías son pesadas y tienen una densidad de energía inadecuada para aplicaciones tan avanzadas.
Incluso cuando compara las baterías más avanzadas y densas, todavía no se acercan al combustible para aviones. Por ejemplo, una batería Tesla Model 3 tiene una densidad de energía de 207 Wh/kg. Desde el punto de vista de un coche eléctrico, son buenos números pero no suficientes para la navegación aérea.
El combustible para aviones tiene una densidad de energía de 9,6 KWh/L, que es unas 50 veces más densa que las baterías de litio. Sin embargo, la densidad se reduce a unas 14 veces más que las baterías debido a la ineficiencia de la combustión interna. Esto toma en consideración 1000 libras de baterías en comparación con la densidad de energía de 1000 libras de combustible para aviones.
Los investigadores dicen que la densidad de energía de las baterías podría igualar la del combustible para aviones en 30 años según las tendencias de desarrollo actuales. Muchas empresas están invirtiendo mucho en hacer que las baterías sean más densas en energía y más eficientes. Esto significa que los autos voladores están cerca de interrumpir el sistema de transporte urbano.
Las baterías por las que apuestan la mayoría de los fabricantes son las de litio-oxígeno, níquel-hierro y magnesio. Además, algunas empresas también están invirtiendo en baterías de estado sólido. Estos tipos de baterías podrían proporcionar una mayor densidad que las que se basan en polímeros o electrolitos de base líquida.
Aparte de las aplicaciones de los coches voladores, las futuras baterías jugarán un papel vital en el almacenamiento de energía limpia. Muchas instituciones pueden adoptarlo a medida que se intensifica la lucha contra el cambio climático. El futuro de los vuelos eléctricos está a solo unos pocos desarrollos de distancia. Los gobiernos nacionales y las grandes empresas están a la cabeza para garantizar que las baterías alcancen una alta densidad de energía más cercana o incluso mayor que el combustible para aviones. El mayor desafío que enfrenta la industria es la disponibilidad de materias primas. Es costoso extraer litio ya que requiere mucha agua. Por otro lado, los depósitos de cobalto se están reduciendo.
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