Cómo Funciona Una Batería de Litio.

Cada vez más utilizadas en muchos tipos de dispositivos, las baterías de litio todavía son poco conocidas por el público en general. Innovadora y segura, esta tecnología tiene muchas ventajas. Aquí hay un punto completo sobre la operación, ventajas y desventajas y cómo funciona una batería de litio.

Índice De Contenidos

    Qué es el litio.

    El litio es un metal alcalino descubierto por Johan August Arfwedson en 1817. Este metal blando es extremadamente ligero y destaca por su alta densidad de energía. Por lo tanto, tiene un potencial electroquímico significativo que permite desarrollar baterías de alto rendimiento tanto en el sector electrónico como en la industria automotriz.

    En su forma pura, el litio es un metal suave y gris que se empaña instantáneamente en presencia de aire o agua. Se mantiene para esto en aceite mineral para que no se oxide. Sus propiedades químicas lo convierten en un elemento codiciado en el campo industrial, especialmente para la producción de pilas y baterías recargables.

    El litio es un elemento químico con una masa atómica de 6.941 u. Tiene 3 protones, 3 electrones (2 y 1 por capa) y su símbolo químico es Li.

    Cómo Funciona una Batería de Litio
    Cómo Funciona una Batería de Litio

    Cómo Funciona Una Batería de Litio.

    Las baterías de litio utilizan reacciones químicas controladas al revertir las cargas de sus electrodos. De esta forma, se produce un intercambio iónico en el electrolito entre el electrodo positivo (el cátodo) y el electrodo negativo (el ánodo). Durante este desplazamiento de cargas, se produce una liberación de energía eléctrica (electrón). Es este sistema el que carga una batería.

    Para permitir esta reacción electroquímica, la mayoría de las baterías de litio consisten en un electrodo positivo (+) hecho de litio y óxido de cobalto (LCO) y un electrodo negativo (-) hecho de carbono (grafito).

    La familia de baterías de iones de litio es una de las baterías más eficientes. Por un lado, el litio es el metal más ligero y, por otro lado, el litio tiene la mayor tendencia a producir electrones, por lo tanto, a formar iones Li +. Quizás la mejor hasta la fecha es la batería de dióxido de litio-cobalto (LiCoO2) utilizada para automóviles eléctricos y también para operar el tranvía de Luxemburgo sin una línea aérea.

    El electrodo positivo está formado precisamente por LiCoO2, de ahí el nombre dado a este tipo de acumulador. El electrodo negativo está hecho de carbón de grafito, una forma de carbono con una estructura laminada. El electrolito es una sal de litio disuelta en una mezcla de solventes orgánicos que permite que los iones Li + pasen libremente de un electrodo a otro. Para evitar un cortocircuito (si los dos electrodos se tocan), se coloca una membrana microporosa entre los dos electrodos, llamada separador. Este separador es permeable a pequeños iones Li +.

    Cuando se carga el acumulador, hay un voltaje de alrededor de 3.7 V entre los dos polos. Si un receptor (motor, fuente de luz, etc.) está conectado entre estos polos, fluye una corriente eléctrica compuesta de electrones. Cada electrón lleva energía eléctrica que transfiere al receptor. Dentro del acumulador, los iones Li + pasan del electrodo -, a través del separador, al electrodo +. Cuando la batería se recarga, el cargador impone una corriente en la dirección opuesta. Los iones Li + pasan del electrodo + a la estructura de grafito laminado del electrodo -, donde se almacenan.

    Los diferentes tipos de baterías de litio.

    Hay tres tipos principales de baterías de litio en el mercado: Li-ion, Li-Po y LifePO4. Cada uno de estos tipos tiene sus propias peculiaridades y son adecuados para diferentes usos.

    Batería de iones de litio.

    La batería de iones de litio (Li-ion) es pequeña, tiene una alta energía de masa. Se utiliza con muchos dispositivos, como teléfonos inteligentes, computadoras portátiles, altavoces, tabletas o incluso cámaras digitales.

    Batería de litio Li-Po.

    Una batería de polímero de litio (Li-Po) es más liviana pero más sensible a los golpes. Se usa menos por esta razón, pero se encuentra en el campo de la fabricación de modelos y para la operación de drones.

    Batería de litio LifePO4.

    El fosfato de litio y hierro (LiFePO4 o LFP) hace uso de células cilíndricas o rectangulares. Su larga vida útil va de la mano con un cierto peso. Por lo tanto, no es sorprendente que encontremos la tecnología LifePO4 en baterías de descarga lenta, sino también en muchos tipos de vehículos, como scooters eléctricos.

    Las ventajas de una batería de litio.

    El éxito de las baterías de litio se explica por sus diferentes fortalezas:

    • Este tipo de batería tiene el doble de densidad de energía que las baterías estándar.
    • Su vida útil es inconmensurable con las baterías de plomo convencionales, por ejemplo, con una capacidad mínima de 1.500 ciclos para una batería de fosfato de hierro y litio.
    • También son baterías pequeñas y livianas, ideales para usar con productos electrónicos de consumo y vehículos eléctricos.
    • Esta tecnología de batería de litio requiere poco mantenimiento.
    • Las baterías de litio son productos seguros y confiables.
    • Se benefician de un rendimiento muy alto.
    • Las baterías de litio LifePO4 tienen buena resistencia climática.

    Las desventajas de una batería de litio.

    Sin embargo, las baterías de litio no están libres de fallas que constituyen obstáculos para su producción:

    • En primer lugar, es una tecnología más cara de usar que la de las baterías de plomo-ácido. Incluso si los precios han caído en los últimos años, una batería de litio es 2.5 veces más costosa de diseñar que una batería de plomo.
    • Debido a las propiedades químicas especiales del litio, también son baterías difíciles de mantener por razones de seguridad. Se adaptan mal a las temperaturas extremas, por lo que, están prohibidas en aviones de todo el mundo con diversas compañías aéreas.
    • La fabricación de baterías de iones de litio también es un problema medioambiental. La extracción de litio y cobalto necesarios para su diseño genera una contaminación significativa.

    Reciclaje de baterías de litio.

    Para evitar que los metales pesados utilizados en la composición de estos accesorios se propaguen en la naturaleza, la recolección y el reciclaje de las baterías de litio son esenciales. Se realiza una clasificación selectiva para que las celdas y las baterías no se mezclen con la basura doméstica. Se utilizan técnicas de reciclaje avanzadas para reciclar los diversos elementos químicos contenidos en el interior de cada batería.

    Actualmente, el método de hidrometalurgia permite una tasa de reciclaje del 98% de los metales contaminantes presentes en las baterías de litio. La vida útil de las baterías de litio varía según su calidad de fabricación. Las baterías de los teléfonos inteligentes duran 2 años en promedio. Algunas baterías de iones de litio pueden funcionar durante 4.000 ciclos. Finalmente, los modelos más sofisticados, como las baterías utilizadas por la NASA, tienen una vida útil de hasta 20 años.

    El sector de la batería todavía está dominado por los modelos líderes. Se estima que el 90% de las baterías diseñadas en el mundo están hechas de plomo. La industria automotriz favorece esta tecnología debido a su menor costo en comparación con las baterías de litio. Sin embargo, el desarrollo de vehículos eléctricos tiende a reducir gradualmente esta brecha.

    La celda de la batería de litio es frágil y contiene productos inflamables como solventes orgánicos, por lo que es importante observar ciertas medidas de seguridad. Es importante no sumergir este tipo de batería en agua, ni usarla cerca de un fuego o un radiador.

    ¿Evolucionará la tecnología de iones de litio?

    Con un voltaje más alto y una mejor relación capacidad / volumen, la tecnología de iones de litio constituyó un avance importante en comparación con las tecnologías NiMH y NiCd que la precedieron. En particular, Litio-Ion permitió eliminar el efecto de memoria que presentaba problemas con NiMH y NiCd.

    ¿Puede evolucionar la tecnología de iones de litio? La elección del litio es excelente y será difícil hacerlo mejor utilizando otro elemento químico. Por ejemplo, el sodio puede hacer el truco, pero las células de iones de sodio, en teoría significativamente menos costosas de fabricar, son menos eficientes que las hechas de iones de litio. Por otro lado, es posible mejorar la tecnología existente con dos líneas de investigación:

    • Combinar Litio con otro material en el cátodo para aumentar el voltaje de las celdas de la batería y, por lo tanto, su potencia. La pareja ideal es Litio / Flúor pero los investigadores también apuestan por Litio / Oxigeno en el marco de la tecnología Litio-Aire.
    • Agregar algunos microgramos de grafeno al ánodo y al cátodo para aumentar la densidad de energía de las células en un pequeño porcentaje. Este es el camino elegido por el fabricante de automóviles eléctricos Tesla. Un poco más de densidad de energía en una celda ahorra en última instancia 50 km de autonomía en un automóvil que contiene más de 7000 celdas.

    Para Cerrar.

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    Las baterías de litio han sido la base para un gran salto en la tecnología portátil. Y su desarrollo y aplicación se ha extendido incluso a los coches eléctricos, en franca competencia con la tecnología de hidrocarburos. Los nuevos coches eléctricos funcionan con esta tecnología, mucho mas pulida y sofisticada, para mejorar el rendimiento, la autonomía y la huella en el medio ambiente.

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