¿Cómo funciona una batería de iones de litio?

Como portador de energía eléctrica y fuente de energía para muchos dispositivos, bien podemos decir que las baterías de iones de litio son esenciales para nosotros. Sin él, es poco probable que nuestro mundo funcione correctamente. Entonces, ¿qué es la batería de iones de litio? ¿Y qué lo hace tan importante?

¿Qué es una batería de iones de litio y cómo funciona?

Las baterías de iones de litio son baterías recargables, lo que significa que dependen principalmente del movimiento de iones de litio entre electrodos positivos y negativos. Durante la carga y descarga, el Li+ se intercala y se desintercala entre dos electrodos. Al cargar, Li + se desintercala del electrodo positivo y luego se incrusta en el electrodo negativo a través del electrolito, de modo que el electrodo negativo se encuentra en un estado rico en litio. Al descargar, viceversa.

La batería de litio se puede dividir en batería de litio y batería de iones de litio. Usamos baterías de iones de litio en nuestros dispositivos diarios, como teléfonos móviles y computadoras portátiles, pero generalmente las llamamos baterías de litio. Generalmente, las baterías de litio utilizan materiales que contienen litio como electrodos, lo que las convierte en el ícono de las baterías modernas de alto rendimiento. Las baterías de litio verdaderas rara vez se usan en nuestra vida diaria debido a su alto riesgo de seguridad.

Ventajas y desventajas de las baterías de iones de litio

Ventajas

• Alto voltaje. El voltaje de funcionamiento de la celda única es tan alto como 3,7-3,8 V (3,2 V para el fosfato de hierro y litio), que es tres veces mayor que el de las baterías de Ni-Cd y Ni-MH.
• Gran energía específica. La energía específica real es de unos 555 Wh/kg, lo que significa que la capacidad específica del material puede alcanzar más de 150 mAh/g (3-4 veces la de Ni-Cd, 2-3 veces la de Ni-MH), que está cerca del 88% de su valor teórico.
• Ciclo de vida prolongado. En general, puede alcanzar más de 500 veces, o incluso más de 1000 veces de carga, y el fosfato de hierro y litio puede alcanzar más de 2000 veces.
• Pequeña autodescarga . A temperatura ambiente, la tasa de autodescarga de un Li-ion completamente cargado después de haber sido almacenado durante un mes es de aproximadamente 2 %, que es mucho menor que Ni-Cd (que es 25-30 %) y Ni-MH (que es 30-35%).
• Carga rápida. La capacidad de 1C puede alcanzar más del 80 % de la capacidad nominal después de cargar durante 30 minutos, y la de la batería de ferro fósforo puede alcanzar el 90 % de la capacidad nominal durante 10 minutos.
• Temperatura de trabajo. La temperatura de trabajo es de -25 a 45 °C. Con la mejora del electrolito y el cátodo, se espera que se expanda de -40 a 70 °C.

Desventajas

• Envejece fácilmente. A diferencia de otras baterías recargables, la capacidad de las baterías de iones de litio disminuirá lentamente. La tasa de disminución depende de la cantidad de veces que se use y de la temperatura. Debido a que las altas temperaturas pueden ser destructivas (el material de la batería se descompondrá), la función es más fácil de incorporar en productos electrónicos con alta corriente de funcionamiento.
• Intolerancia a cobrar de más . Cuando se sobrecargan, los iones de litio excesivamente incrustados se inmovilizarán permanentemente en la red y no se podrán liberar, lo que resultará en una vida útil corta de la batería.
• Intolerancia a la secreción excesiva. Durante la sobredescarga, el electrodo desintercala demasiados iones de litio, lo que provoca el colapso de la red y reduce la vida útil de la batería.
• Cuestiones de seguridad. El electrolito orgánico utilizado en las baterías de iones de litio hace que la batería tenga ciertos riesgos de seguridad, como quemarse o incluso explotar.

Aplicaciones

En la actualidad, las baterías de iones de litio se utilizan principalmente en los siguientes campos.

Aplicación en productos electrónicos 

Las baterías de iones de litio se pueden hacer más pequeñas y livianas, por lo que se usan ampliamente en productos electrónicos portátiles. Con la popularidad de los teléfonos móviles, las cámaras digitales, las videocámaras, las computadoras portátiles y las consolas de juegos portátiles (PSP), el mercado de las baterías de iones de litio ha mantenido un rápido crecimiento.

Aplicación en vehículos de transporte

La batería de iones de litio tiene las ventajas de una buena densidad de energía y densidad de potencia. En términos generales, supera a las otras baterías, por lo que se ha utilizado ampliamente en varios vehículos eléctricos, como bicicletas eléctricas y automóviles eléctricos.

Aplicación en la industria aeroespacial  

En 2004, se utilizaron baterías de iones de litio en Mars Lander y Rover. Además, la Agencia de Exploración Espacial de la NASA y otras agencias espaciales están considerando el uso de baterías de iones de litio en misiones espaciales. Actualmente, la función principal de las baterías de iones de litio en el campo de la aviación es brindar apoyo para la corrección de lanzamiento y vuelo y la operación en tierra.

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