¿Cuál es la diferencia en la vida útil entre las baterías de plomo-ácido y las baterías de iones de litio?

Las baterías han evolucionado mucho. Hoy en día, existe una amplia gama de químicas de baterías diseñadas para satisfacer las necesidades de usuarios específicos.

El plomo-ácido y el ion de litio son las dos principales tecnologías de baterías recargables, y el ion de litio va asumiendo poco a poco más responsabilidades. Hoy analizamos el principio de estas baterías y cómo influyen en la experiencia del cliente.

El principio de la batería de plomo-ácido y la batería de iones de litio

La primera diferencia entre las baterías de plomo-ácido y las de iones de litio es su principio de funcionamiento. Aquí hay una descripción general de lo que ofrece cada batería:

El principio de la batería de plomo-ácido

Una batería de plomo-ácido es uno de los tipos más antiguos de baterías recargables. Su principio básico gira en torno a la reacción electroquímica entre plomo, dióxido de plomo y ácido sulfúrico. En su estado descargado, la batería contiene una placa positiva hecha de dióxido de plomo y una placa negativa hecha de esponja de plomo, ambas sumergidas en una solución electrolítica de ácido sulfúrico diluido.

Cuando se carga la batería, el dióxido de plomo (en la placa positiva) y la esponja de plomo (en la placa negativa) reaccionan con el ácido sulfúrico del electrolito, lo que produce la formación de sulfato de plomo y agua. Durante el alta, el proceso se invierte. El sulfato de plomo y el agua se convierten nuevamente en dióxido de plomo, plomo esponjoso y ácido sulfúrico, liberando energía eléctrica en el proceso.

Esta conversión entre energía química y energía eléctrica es la que alimenta los dispositivos conectados a la batería. Con el tiempo, la formación repetitiva de sulfato de plomo durante el ciclo de carga puede llevar a la creación de cristales de sulfato de plomo estables, un proceso llamado sulfatación, que disminuye la capacidad y la vida útil de la batería.

Celda de batería LiFePO4 de baja temperatura de 3,2 V y 20 A -40 ℃ Capacidad de descarga de 3C≥70 % Temperatura de carga: -20~45 ℃ Temperatura de descarga: -40~+55 ℃ Prueba de acupuntura aprobada -40 ℃ Tasa máxima de descarga: 3C

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El principio de la batería de iones de litio

Las baterías de iones de litio, que a menudo se encuentran en dispositivos electrónicos portátiles y vehículos eléctricos, funcionan basándose en el movimiento de iones de litio entre los electrodos positivo y negativo. En su forma más simple, una batería de iones de litio consta de un electrodo positivo (cátodo) hecho de óxido metálico de litio, un electrodo negativo (ánodo) hecho de carbono (a menudo grafito) y un electrolito que permite el movimiento de iones de litio. .

Durante la fase de descarga, los iones de litio pasan del ánodo al cátodo, liberando energía en el proceso. Los electrones se liberan simultáneamente del ánodo y viajan a través del circuito externo, proporcionando energía al dispositivo conectado, antes de volver a ingresar a la batería por el cátodo.

Durante la carga, el proceso se invierte: los iones de litio pasan del cátodo al ánodo. Un separador dentro de la batería asegura que los electrodos positivo y negativo permanezcan separados, evitando cortocircuitos. Una de las ventajas clave de las baterías de iones de litio es su capacidad para almacenar una cantidad significativa de energía en un paquete relativamente pequeño y liviano, lo que las hace particularmente adecuadas para los dispositivos electrónicos modernos y las necesidades de transporte.

Factores que influyen en la duración de la batería

Al comprar una batería, es fundamental encontrar una que ofrezca la mayor duración. Quieres algo que pueda servirte durante mucho tiempo. Sin embargo, existen ciertos factores que determinarán cuánto durará la batería. Incluyen:

Profundidad de descarga (DoD): la duración de la batería a menudo está relacionada con la profundidad con la que se descarga en cada ciclo. Las descargas superficiales (que utilizan solo una pequeña porción de la capacidad de una batería) pueden resultar en una mayor cantidad de ciclos de vida totales en comparación con las descargas profundas.

Ciclos de carga: Un ciclo de carga se refiere al proceso de cargar una batería del 0% al 100%. Las baterías tienen un número finito de ciclos de carga antes de que su capacidad disminuya por debajo de cierto umbral (comúnmente el 80% de la capacidad original).

Batería de polímero resistente para portátiles de alta densidad de energía y baja temperatura Especificación de la batería: 11,1 V 7800 mAh -40 ℃ Capacidad de descarga de 0,2 C ≥80 % A prueba de polvo, resistencia a caídas, anticorrosión, antiinterferencias electromagnéticas

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Velocidad de carga: Cargar una batería demasiado rápido puede generar calor excesivo, lo que puede dañar los componentes internos de la batería y reducir su vida útil general.

Temperatura: Las temperaturas extremas, tanto frías como calientes, pueden afectar negativamente el rendimiento y la longevidad de la batería. Las baterías tienden a degradarse más rápido a altas temperaturas, mientras que temperaturas muy frías pueden reducir su capacidad.

Sobrecarga: Mantener una batería completamente cargada durante períodos prolongados puede forzarla y degradarla, especialmente si permanece conectada a un cargador que la recarga constantemente.

Condiciones de almacenamiento: Lo ideal es almacenar una batería en un estado parcialmente cargado (alrededor del 50 % al 60 %) en un lugar fresco y seco. El almacenamiento prolongado con descarga completa o carga completa puede degradar la salud de la batería.

Daño físico: dejar caer una batería o someterla a golpes físicos puede dañar sus componentes internos, lo que podría provocar una reducción de su vida útil o incluso una falla.

Resistencia interna: con el tiempo, la resistencia interna de una batería puede aumentar debido a reacciones químicas dentro de la batería. Una mayor resistencia significa que la batería tiene que trabajar más, lo que puede provocar una degradación más rápida.

Sistema de gestión de baterías (BMS): las baterías modernas, especialmente las de iones de litio, suelen venir con un BMS que monitorea y gestiona la carga, descarga y temperatura de la batería. Un buen BMS puede influir significativamente y extender la vida útil de una batería al garantizar condiciones de funcionamiento óptimas.

En resumen, la vida útil de una batería está determinada por una combinación de factores relacionados con su diseño, uso y entorno. Comprender y gestionar estos factores puede ayudar a los usuarios a optimizar la longevidad y el rendimiento de sus baterías.

Ciclo de vida de las baterías de plomo-ácido y de iones de litio

El ciclo de vida es otro parámetro importante que determina el funcionamiento de las baterías. Considera lo siguiente:

Baterías de plomo ácido

El ciclo de vida de las baterías de plomo-ácido depende en gran medida de su diseño y profundidad de descarga (DoD). Por lo general, las baterías de plomo-ácido de arranque, iluminación y encendido (SLI), que se encuentran con frecuencia en automóviles y vehículos, tienen una vida útil de aproximadamente 200 a 300 ciclos y un 50 % de DoD.

Esto significa que pueden descargarse a la mitad de su capacidad tantas veces antes de que su capacidad general disminuya significativamente. Por otro lado, las baterías de plomo-ácido de ciclo profundo, diseñadas para aplicaciones en las que se necesita una descarga profunda, como el almacenamiento de energía solar o el uso marino, obtienen mejores resultados con un ciclo de vida que oscila entre 500 y 1000 ciclos y un 50 % de DoD.

Algunas baterías de plomo-ácido de ciclo profundo de alta calidad pueden incluso superar este rango. Vale la pena señalar que descargar repetidamente estas baterías más allá del tiempo recomendado por el Departamento de Defensa puede reducir significativamente su ciclo de vida.

baterías de iones de litio

Las baterías de iones de litio son conocidas por su ciclo de vida prolongado en comparación con muchos otros tipos de baterías. En promedio, una batería de iones de litio tiene una vida útil de 1000 a 5000 ciclos, con un 80 % de DoD.

Esto significa que conservan al menos el 80 % de su capacidad original incluso después de miles de ciclos de carga y descarga. Sin embargo, el número exacto puede variar según la química específica de los iones de litio y el diseño de la batería.

Por ejemplo, las baterías de fosfato de hierro y litio (LiFePO4) tienden a tener un ciclo de vida más largo que otras baterías químicas de iones de litio comunes. Una gestión adecuada, como evitar descargas completas y velocidades de carga extremas, puede mejorar aún más el ciclo de vida de las baterías de iones de litio.

Conclusión

Si bien tanto las baterías de plomo-ácido como las de iones de litio tienen sus propias ventajas y aplicaciones, las baterías de iones de litio suelen ofrecer un ciclo de vida más largo. Este ciclo de vida más largo, combinado con su mayor densidad energética y su costo decreciente, ha llevado a su adopción generalizada en una variedad de aplicaciones modernas, incluidos teléfonos inteligentes, computadoras portátiles y vehículos eléctricos.