Las baterías de iones de litio han transformado la forma en que almacenamos y utilizamos la energía. En comparación con las opciones tradicionales, como las celdas de plomo-ácido o de níquel, son más livianas, más compactas y ofrecen una densidad de energía significativamente mayor, lo que permite tiempos de ejecución más prolongados en un paquete más pequeño. El resto del artículo le guiará a través de cómo funciona una batería de iones de litio, en qué se diferencia del resto y por qué los equipos, los sistemas de energía solar y eólica y los vehículos eléctricos la utilizan hoy en día.
¿Cómo funciona la batería de iones de litio?
La batería de iones de litio es una batería recargable para almacenamiento de energía. Su peculiar principio de funcionamiento es la migración de iones de litio entre dos electrodos.
- Ánodo (electrodo negativo): generalmente grafito, sirve como lugar de almacenamiento de iones de litio durante la carga. La naturaleza en capas del ánodo permite que los iones entren y salgan de la batería con facilidad, haciéndola eficiente durante muchos ciclos.
- Cátodo (electrodo positivo): normalmente hecho de compuestos de litio como LiCoO₂ o LiFePO₄, donde se retienen los iones de litio. El material elegido en este caso determina la mayor influencia en la configuración de la capacidad, el voltaje y la estabilidad de la batería.
- Electrolito: un gel o sustancia líquida que facilita el flujo de iones de litio desde el cátodo al ánodo. Permite que los iones pasen libremente pero mantiene los electrones atrapados en el circuito externo para que la batería pueda alimentar dispositivos sin plantear ningún problema de seguridad.
- Separador: membrana porosa extremadamente delgada entre el cátodo y el ánodo, pero permeable a los iones.
Cómo funciona la batería de iones de litio, paso a paso
- Etapa de carga: Los iones de litio pasan del cátodo al ánodo con la aplicación del electrolito. Los electrones se mueven desde la batería en un circuito cuando hay una carga de equilibrio.
- Etapa de descarga: Los iones de litio pasan nuevamente del ánodo al cátodo y la energía almacenada es expulsada.
- Reversibilidad: El flujo de iones se puede invertir y así se cargan las baterías de iones de litio.
En qué se diferencia el funcionamiento de la batería de iones de litio del de otras baterías
- Densidad de energía
Duplica el peso de la energía de las baterías de iones de litio en comparación con las baterías de NiCd o de plomo-ácido. Por tanto, son más apropiados para portátiles, teléfonos móviles y coches eléctricos.
- Ciclo de vida
La batería de iones de litio tiene una vida útil de 3000 a 5000 ciclos de carga, mientras que la química superior como LiFePO₄ contiene más de 6000 ciclos. O bien, las baterías de plomo-ácido tienen una vida útil de entre 300 y 500 ciclos antes de que se pierda su capacidad.
- Tasa de carga y eficiencia
Las baterías de iones de litio se cargan a baja velocidad y consumen menos energía para cargarse. Las baterías de plomo-ácido se cargan a baja velocidad y disipan más energía en forma de calor.
- Efecto Memoria
Las baterías de NiCd y, de manera menos notable, las de NiMH experimentan el "efecto memoria", perdiendo capacidad disponible si no se descargan completamente a cero antes de recargarlas. Batería de iones de litio en funcionamiento no tiene efecto memoria con carga parcial sin daños.
- Peso y portabilidad
Las baterías de iones de litio son livianas y compactas en comparación con las baterías de plomo-ácido, más pesadas y voluminosas. Un peso más ligero en usos móviles y vehículos eléctricos es una ventaja significativa.
- Seguridad y estabilidad
Las baterías de iones de litio requieren circuitos de protección para evitar sobrecargas, descargas profundas y quemaduras por calor. La tecnología actual, incluida una batería de plomo-ácido, podría ser menos propensa a sufrir fugas térmicas, pero es peligrosa en caso de un derrame de ácido y necesitará mantenimiento a intervalos regulares.
Aplicaciones del funcionamiento de baterías de iones de litio
Las características superiores de las baterías de iones de litio las convierten en la columna vertebral de las soluciones energéticas modernas. Tienen un uso generalizado en:
- Vehículos eléctricos (VE): Tesla, BYD y otras entidades similares utilizan baterías de iones de litio debido a su larga duración y alta densidad de energía.
- Almacenamiento de energía renovable: Las baterías de iones de litio almacenan el exceso de energía de las instalaciones eólicas y solares para utilizarla en el futuro.
- Dispositivos médicos: Los marcapasos, los monitores portátiles y los audífonos seguramente usan baterías de iones de litio, energía luminosa.
- Herramientas eléctricas: perforadoras inalámbricas, equipos de jardinería y aparatos industriales.
Conclusión
El funcionamiento con iones de litio se diferencia de otras tecnologías convencionales. Las baterías de iones de litio son mejores que las de plomo-ácido, NiCd y NiMH en prácticamente todos los aspectos, con alta densidad de energía, largo ciclo de vida, peso ligero y recarga rápida.
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