¿Qué son las baterías de iones de litio?

Las baterías de iones de litio son un tipo popular de química de baterías. Una gran ventaja que ofrecen estas baterías es que son recargables. Debido a esta característica, se encuentran en la mayoría de los dispositivos de consumo actuales que utilizan batería. Se pueden encontrar en teléfonos, vehículos eléctricos y carritos de golf que funcionan con baterías.

¿Cómo funcionan las baterías de iones de litio?

Las baterías de iones de litio se componen de una o varias celdas de iones de litio. También contienen una placa de circuito protectora para evitar sobrecargas. Las celdas se denominan baterías una vez instaladas en una carcasa con una placa de circuito protectora.

¿Son las baterías de iones de litio lo mismo que las baterías de litio?

No. Una batería de litio y una batería de iones de litio son muy diferentes. La principal diferencia es que estos últimos son recargables. Otra diferencia importante es la vida útil. Una batería de litio puede durar hasta 12 años sin usarse, mientras que las baterías de iones de litio tienen una vida útil de hasta 3 años.

¿Cuáles son los componentes clave de las baterías de iones de litio?

Las celdas de iones de litio tienen cuatro componentes principales. Estos son:

Ánodo

El ánodo permite que la electricidad pase de la batería a un circuito externo. También almacena iones de litio durante la carga de la batería.

Cátodo

El cátodo es lo que determina la capacidad y el voltaje de la celda. Produce iones de litio al descargar la batería.

Electrólito

El electrolito es un material que sirve como conducto para que los iones de litio se muevan entre el cátodo y el ánodo. Está compuesto de sales, aditivos y diversos disolventes.

El separador

La última pieza de una celda de iones de litio es el separador. Actúa como una barrera física para mantener separados el cátodo y el ánodo.

Las baterías de iones de litio funcionan moviendo iones de litio del cátodo al ánodo y viceversa a través del electrolito. A medida que los iones se mueven, activan electrones libres en el ánodo, creando una carga en el colector de corriente positiva. Estos electrones fluyen a través del dispositivo, un teléfono o un carrito de golf, hasta el colector negativo y de regreso al cátodo. El separador impide el libre flujo de electrones dentro de la batería, obligándolos hacia los contactos.

Cuando carga una batería de iones de litio, el cátodo liberará iones de litio y estos se moverán hacia el ánodo. Al descargarse, los iones de litio pasan del ánodo al cátodo, lo que genera un flujo de corriente.

¿Cuándo se inventaron las baterías de iones de litio?

Las baterías de iones de litio fueron concebidas por primera vez en los años 70 por el químico inglés Stanley Whittingham. Durante sus experimentos, los científicos investigaron varias químicas para encontrar una batería que pudiera recargarse sola. Su primera prueba involucró disulfuro de titanio y litio como electrodos. Sin embargo, las baterías sufrirían un cortocircuito y explotarían.

En los años 80, otro científico, John B. Goodenough, aceptó el desafío. Poco después, Akira Yoshino, un químico japonés, comenzó a investigar esta tecnología. Yoshino y Goodenough demostraron que el litio metálico era la principal causa de las explosiones.

En los años 90, la tecnología de iones de litio comenzó a ganar terreno y rápidamente se convirtió en una fuente de energía popular a finales de la década. Fue la primera vez que Sony comercializó la tecnología. Ese pobre historial de seguridad de las baterías de litio impulsó el desarrollo de baterías de iones de litio.

Si bien las baterías de litio pueden contener una mayor densidad de energía, no son seguras durante la carga y descarga. Por otro lado, las baterías de iones de litio son bastante seguras de cargar y descargar cuando los usuarios cumplen con las pautas básicas de seguridad.

¿Cuál es la mejor química de iones de litio?

Existen numerosos tipos de químicas de baterías de iones de litio. Los disponibles comercialmente son:

Titanato de litio
Óxido de aluminio, níquel, cobalto y litio
Óxido de litio, níquel, manganeso y cobalto
Óxido de litio y manganeso (OVM)
Óxido de litio y cobalto
Fosfato de hierro y litio (LiFePO4)

Existen numerosos tipos de químicas para las baterías de iones de litio. Cada uno tiene sus ventajas y desventajas. Sin embargo, algunos sólo son adecuados para casos de uso específicos. Como tal, el tipo que elija dependerá de sus necesidades de energía, presupuesto, tolerancia de seguridad y caso de uso específico.

Sin embargo, las baterías LiFePO4 son la opción más disponible comercialmente. Estas baterías contienen un electrodo de grafito y carbono, que sirve como ánodo, y fosfato como cátodo. Tienen un ciclo de vida largo de hasta 10.000 ciclos.

Además, ofrecen una gran estabilidad térmica y pueden manejar con seguridad picos breves de demanda. Las baterías LiFePO4 están clasificadas para un umbral de fuga térmica de hasta 510 grados Fahrenheit, el más alto de cualquier tipo de batería de iones de litio disponible comercialmente.

Ventajas de las baterías LiFePO4

En comparación con las baterías de plomo-ácido y otras baterías de litio, las baterías de fosfato de hierro y litio tienen una gran ventaja. Se cargan y descargan de manera eficiente, duran más y pueden realizar ciclos profundos.clesin perder capacidad. Estas ventajas significan que las baterías ofrecen enormes ahorros de costes a lo largo de su vida útil en comparación con otros tipos de baterías. A continuación se analizan las ventajas específicas de estas baterías en vehículos eléctricos de baja velocidad y equipos industriales.

Batería LiFePO4 en vehículos de baja velocidad

Los vehículos eléctricos de baja velocidad (LEV) son vehículos de cuatro ruedas que pesan menos de 3000 libras. Funcionan con baterías eléctricas, lo que los convierte en una opción popular para carritos de golf y otros usos recreativos.

Al elegir la opción de batería para su LEV, una de las consideraciones más importantes es la longevidad. Por ejemplo, los carritos de golf que funcionan con baterías deberían tener suficiente potencia para recorrer un campo de golf de 18 hoyos sin tener que recargarlos.

Otra consideración importante es el programa de mantenimiento. Una buena batería no debería requerir mantenimiento para garantizar el máximo disfrute de su actividad recreativa.

La batería también debería poder funcionar en condiciones climáticas variadas. Por ejemplo, debería permitirle jugar al golf tanto en el calor del verano como en el otoño, cuando bajan las temperaturas.

Una buena batería también debe venir con un sistema de control que garantice que no se sobrecaliente ni se enfríe demasiado, degradando su capacidad.

Una de las mejores marcas que cumple con todas estas condiciones básicas pero importantes es ROYPOW. Su línea de baterías de litio LiFePO4 está clasificada para temperaturas de 4°F a 131°F. Las baterías vienen con un sistema de gestión de baterías incorporado y son extremadamente fáciles de instalar.

Aplicaciones industriales de baterías de iones de litio

Las baterías de iones de litio son una opción popular en aplicaciones industriales. La química más común utilizada son las baterías LiFePO4. Algunos de los equipos más comunes para utilizar estas baterías son:

Carretillas elevadoras para pasillos estrechos
Carretillas elevadoras contrapesadas
Montacargas de 3 ruedas
Apiladores de walkie
Jinetes finales y centrales

Hay muchas razones por las que las baterías de iones de litio están ganando popularidad en entornos industriales. Los principales son:

Alta capacidad y longevidad

Las baterías de iones de litio tienen una mayor densidad de energía y longevidad en comparación con las baterías de plomo-ácido. Pueden pesar un tercio del peso y ofrecer el mismo rendimiento.

Su ciclo de vida es otra gran ventaja. Para una operación industrial, el objetivo es mantener al mínimo los costos recurrentes a corto plazo. Con las baterías de iones de litio, las baterías de las carretillas elevadoras pueden durar tres veces más, lo que supone un enorme ahorro de costes a largo plazo.

También pueden operar a una profundidad de descarga mayor, de hasta el 80%, sin ningún impacto en su capacidad. Eso tiene otra ventaja en el ahorro de tiempo. No es necesario detener las operaciones a mitad de camino para cambiar las baterías, lo que puede suponer un ahorro de miles de horas de trabajo durante un período suficientemente largo.

Carga de alta velocidad

En el caso de las baterías industriales de plomo-ácido, el tiempo de carga normal es de unas ocho horas. Eso equivale a un turno completo de 8 horas en el que la batería no está disponible para su uso. En consecuencia, un gerente debe tener en cuenta este tiempo de inactividad y comprar baterías adicionales.

Con las baterías LiFePO4, eso no es un desafío. Un buen ejemplo es elBaterías de litio industriales ROYPOW LifePO4, que se cargan cuatro veces más rápido que las baterías de plomo-ácido. Otro beneficio es la capacidad de permanecer eficiente durante el alta. Las baterías de plomo-ácido a menudo sufren un retraso en su rendimiento a medida que se descargan.

La línea ROYPOW de baterías industriales tampoco tiene problemas de memoria gracias a un eficiente sistema de gestión de baterías. Las baterías de plomo-ácido suelen sufrir este problema, lo que puede provocar que no alcancen su capacidad total.

Con el tiempo, provoca sulfatación, lo que puede reducir a la mitad su ya corta vida útil. El problema ocurre a menudo cuando las baterías de plomo-ácido se almacenan sin una carga completa. Las baterías de litio se pueden cargar en intervalos cortos y almacenarse a cualquier capacidad por encima de cero sin ningún problema.

Seguridad y manejo

Las baterías LiFePO4 tienen una gran ventaja en entornos industriales. En primer lugar, tienen una gran estabilidad térmica. Estas baterías pueden funcionar en temperaturas de hasta 131°F sin sufrir ningún daño. Las baterías de plomo-ácido perderían hasta el 80% de su ciclo de vida a una temperatura similar.

Otro tema es el peso de las baterías. Para una capacidad de batería similar, las baterías de plomo-ácido pesan significativamente más. Como tales, a menudo necesitan equipos específicos y un tiempo de instalación más largo, lo que puede llevar a que se dediquen menos horas de trabajo al trabajo.

Otro tema es la seguridad de los trabajadores. En general, las baterías LiFePO4 son más seguras que las de plomo-ácido. Según las pautas de OSHA, las baterías de plomo ácido deben almacenarse en una habitación especial con equipo diseñado para eliminar vapores peligrosos. Eso introduce un costo adicional y complejidad en una operación industrial.

Conclusión

Las baterías de iones de litio tienen una clara ventaja en entornos industriales y para vehículos eléctricos de baja velocidad. Duran más y, en consecuencia, ahorran dinero a los usuarios. Estas baterías tampoco requieren mantenimiento, lo cual es especialmente importante en un entorno industrial donde el ahorro de costos es primordial.