¿Qué son las baterías de iones de litio?

Las baterías de iones de litio son un tipo popular de química de batería. 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 hoy en día que usan una batería. Se pueden encontrar en teléfonos, vehículos eléctricos y carros de golf con batería.

¿Cómo funcionan las baterías de iones de litio?

Las baterías de iones de litio están formadas por una o múltiples células de iones de litio. También contienen una placa de circuito de protección para evitar sobrecarga. Las celdas se llaman baterías una vez instaladas en una carcasa con una placa de circuito de protección.

¿Son las baterías de iones de litio las mismas 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 gran diferencia es la vida útil. Una batería de litio puede durar hasta 12 años sin usar, 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 células de iones de litio tienen cuatro componentes principales. Estos son:

Ánodo

El ánodo permite que la electricidad se mueva de la batería a un circuito externo. También almacena iones de litio al cargar 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 varios solventes.

El separador

La pieza final en una célula de iones de litio es el separador. Actúa como una barrera física para mantener el cátodo y el ánodo separado.

Las baterías de iones de litio funcionan moviendo iones de litio desde el cátodo hasta el 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 carrito de golf, al coleccionista negativo y regresan al cátodo. El separador evita el flujo libre de electrones dentro de la batería, forzándolos hacia los contactos.

Cuando carga una batería de iones de litio, el cátodo liberará iones de litio y se mueven hacia el ánodo. Al descargar, los iones de litio se mueven 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 varios químicos para una batería que podría recargarse. Su primera prueba incluyó el disulfuro de titanio y el litio como electrodos. Sin embargo, las baterías cortan y explotarían.

En los años 80, otro científico, John B. Goodenough, asumió el desafío. Poco después, Akira Yoshino, química japonesa, comenzó a investigar la tecnología. Yoshino y Goodenough demostraron que el metal de litio era la principal causa de explosiones.

En los años 90, la tecnología de iones de litio comenzó a ganar tracción, convirtiéndose rápidamente en una fuente de energía popular a fines de la década. Marcó la primera vez que la tecnología fue comercializada por Sony. Ese mal historial de seguridad de las baterías de litio provocó 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 la descarga. Por otro lado, las baterías de iones de litio son bastante seguras de cargar y descargar cuando los usuarios se adhieren a las pautas básicas de seguridad.

¿Cuál es la mejor química de iones de litio?

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

Titanato de litio
Óxido de aluminio de cobalto de níquel de litio
Óxido de cobalto de manganeso de níquel de litio
Óxido de manganeso de litio (LMO)
Óxido de cobalto de litio
Fosfato de hierro de litio (Lifepo4)

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

Sin embargo, las baterías de LiFePO4 son la opción más disponible comercialmente. Estas baterías contienen un electrodo de carbono de grafito, que sirve como ánodo y fosfato como cátodo. Tienen una larga vida útil de hasta 10,000 ciclos.

Además, ofrecen una gran estabilidad térmica y pueden manejar de forma segura los cortos sobretensiones en la demanda. Las baterías LIFEPO4 están clasificadas para un umbral fugitivo térmico de hasta 510 grados Fahrenheit, el más alto de cualquier tipo de batería de iones de litio disponible comercialmente.

Ventajas de las baterías de LiFePO4

En comparación con el ácido de plomo y otras baterías a base de litio, las baterías de fosfato de hierro de litio tienen una gran ventaja. Se cargan y descargan eficientemente, duran más y pueden cy profundamenteCLEsin perder capacidad. Estas ventajas significan que las baterías ofrecen grandes ahorros de costos durante su vida en comparación con otros tipos de baterías. A continuación se muestra 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. Están alimentados por baterías eléctricas, lo que los convierte en una opción popular para carros 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 carros de golf con batería deberían tener suficiente energía para conducir alrededor de un campo de golf de 18 hoyos sin tener que recargar.

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

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

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 para 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 usar estas baterías son:

Carretillas elevadoras de pasillo estrecho
Carretillas elevadoras de contrapeso
Grabias de 3 ruedas
Apiladores de walkie
Relacionales finales y centrales

Hay muchas razones por las cuales las baterías de iones de litio están creciendo en 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 sopesar un tercio del peso y entregar la misma salida.

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

También pueden operar a una mayor profundidad de descarga de hasta el 80% sin ningún impacto en su capacidad. Eso tiene otra ventaja en el ahorro de tiempo. Las operaciones no necesitan detener a mitad de camino para cambiar las baterías, lo que puede conducir a miles de horas de hombre ahorradas durante un período lo suficientemente grande.

Carga de alta velocidad

Con las baterías industriales de plomo-ácido, el tiempo de carga normal es de alrededor de ocho horas. Eso equivale a un cambio completo de 8 horas donde 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 de Lifepo4, eso no es un desafío. Un buen ejemplo es elBaterías de litio de Roypow Industrial Lifepo4, que se cargan cuatro veces más rápido que las baterías ácidas de plomo. Otro beneficio es la capacidad de permanecer eficiente durante la descarga. Las baterías de ácido de plomo a menudo sufren un retraso en el rendimiento a medida que se descargan.

La línea de baterías industriales Roypow tampoco tiene problemas de memoria, gracias a un sistema eficiente de gestión de baterías. Las baterías ácidas de plomo a menudo sufren este problema, lo que puede conducir a una falla en la capacidad total.

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

Seguridad y manejo

Las baterías LifePO4 tienen una gran ventaja en los entornos industriales. Primero, tienen una gran estabilidad térmica. Estas baterías pueden funcionar en temperaturas de hasta 131 ° F sin sufrir ningún daño. Las baterías de ácido de plomo perderían hasta el 80% de su ciclo de vida a una temperatura similar.

Otro problema es el peso de las baterías. Para una capacidad de batería similar, las baterías ácidas de plomo pesan significativamente más. Como tal, a menudo necesitan equipos específicos y un tiempo de instalación más largo, lo que puede conducir a menos horas hombre en el trabajo.

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

Conclusión

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