¿Qué son las baterías de iones de litio?

Las baterías de iones de litio son un tipo de batería muy popular. Una de sus principales ventajas es que son recargables. Gracias a esta característica, se encuentran en la mayoría de los dispositivos de consumo actuales que utilizan baterías. Se pueden encontrar en teléfonos, vehículos eléctricos y carritos de golf eléctricos.

¿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 incluyen una placa de circuito de protección para evitar la sobrecarga. Las celdas se denominan baterías una vez instaladas en una carcasa con dicha placa de circuito de protección.

¿Las baterías de iones de litio son lo mismo que las baterías de litio?

No. Una batería de litio y una de iones de litio son muy diferentes. La principal diferencia es que estas últimas son recargables. Otra diferencia importante es su vida útil. Una batería de litio puede durar hasta 12 años sin usarse, mientras que las 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 cuando se descarga la batería.

Electrólito

El electrolito es un material que sirve como conductor 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 pieza final 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. Al moverse, los iones activan los electrones libres en el ánodo, creando una carga en el colector de corriente positivo. Estos electrones fluyen a través del dispositivo (un teléfono o un carrito de golf) hacia el colector negativo y de vuelta al cátodo. El separador impide el libre flujo de electrones dentro de la batería, conduciéndolos hacia los contactos.

Al cargar una batería de iones de litio, el cátodo libera iones de litio que se desplazan hacia el ánodo. Al descargarla, los iones de litio se mueven del ánodo al cátodo, lo que genera una corriente eléctrica.

¿Cuándo se inventaron las baterías de iones de litio?

Las baterías de iones de litio fueron concebidas por primera vez en la década de 1970 por el químico inglés Stanley Whittingham. Durante sus experimentos, los científicos investigaron diversas composiciones químicas para lograr una batería autorrecargable. Su primer ensayo empleó disulfuro de titanio y litio como electrodos. Sin embargo, las baterías sufrían cortocircuitos y explotaban.

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

En la década de los 90, la tecnología de iones de litio empezó a ganar popularidad, convirtiéndose rápidamente en una fuente de energía común a finales de la década. Fue la primera vez que Sony comercializó esta tecnología. El historial de seguridad deficiente de las baterías de litio impulsó el desarrollo de las baterías de iones de litio.

Si bien las baterías de litio pueden almacenar una mayor densidad energética, no son seguras durante la carga y descarga. En cambio, las baterías de iones de litio son bastante seguras de cargar y descargar siempre que se sigan las normas básicas de seguridad.

¿Cuál es la mejor química de iones de litio?

Existen numerosos tipos de baterías de iones de litio con diferentes composiciones químicas. Las que se encuentran disponibles comercialmente son:

titanato de litio
Óxido de litio, níquel, cobalto y aluminio
Óxido de litio, níquel, manganeso y cobalto
Óxido de manganeso y litio (LMO)
Óxido de cobalto de litio
Fosfato de hierro y litio (LiFePO4)

Existen numerosos tipos de baterías de iones de litio con diferentes composiciones químicas. Cada una tiene sus ventajas y desventajas. Sin embargo, algunas solo son adecuadas para usos específicos. Por lo tanto, el tipo que elija dependerá de sus necesidades energéticas, presupuesto, tolerancia a la seguridad y el uso específico que les vaya a dar.

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

Además, ofrecen una gran estabilidad térmica y pueden soportar con seguridad picos de demanda breves. Las baterías LiFePO4 tienen una temperatura máxima de fuga térmica de hasta 510 grados Fahrenheit, la más alta 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 presentan una gran ventaja. Se cargan y descargan de forma eficiente, tienen una mayor vida útil y permiten ciclos de carga y descarga profundos.clesin perder capacidad. Estas ventajas se traducen en un enorme ahorro 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 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 batería para su vehículo eléctrico ligero (LEV), uno de los aspectos más importantes a considerar es su autonomía. Por ejemplo, los carritos de golf eléctricos deben tener suficiente potencia para recorrer un campo de golf de 18 hoyos sin necesidad de recargarse.

Otro aspecto importante es el mantenimiento. Una buena batería no debería requerir mantenimiento para garantizar el máximo disfrute de su actividad de ocio.

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

Una buena batería también debería incluir un sistema de control que garantice que no se sobrecaliente ni se enfríe demasiado, lo que degradaría 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 diseñada para temperaturas de entre -15 °C y 55 °C. Las baterías incluyen un sistema de gestión de baterías integrado y son extremadamente fáciles de instalar.

Aplicaciones industriales de las baterías de iones de litio

Las baterías de iones de litio son una opción popular en aplicaciones industriales. La química más común es la de las baterías LiFePO4. Algunos de los equipos más comunes que utilizan estas baterías son:

Carretillas elevadoras para pasillos estrechos
Carretillas elevadoras contrapesadas
Carretillas elevadoras de 3 ruedas
Apiladores de transpaleta
Jinetes de extremo y centro

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

Alta capacidad y longevidad

Las baterías de iones de litio tienen una mayor densidad energética y una vida útil más larga que las baterías de plomo-ácido. Pueden pesar un tercio de lo que pesan y ofrecer la misma potencia.

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

También pueden operar con una mayor profundidad de descarga, de hasta el 80%, sin que su capacidad se vea afectada. Esto supone otra ventaja: el ahorro de tiempo. No es necesario interrumpir las operaciones para cambiar las baterías, lo que puede suponer un ahorro de miles de horas de trabajo a largo plazo.

Carga de alta velocidad

Con las baterías industriales de plomo-ácido, el tiempo de carga normal es de aproximadamente ocho horas. Esto equivale a un turno completo de ocho horas durante el cual la batería no está disponible. Por lo tanto, el responsable debe prever este tiempo de inactividad y adquirir baterías adicionales.

Con las baterías LiFePO4, eso no supone un problema. Un buen ejemplo es elBaterías de litio industriales LifePO4 ROYPOWque se cargan cuatro veces más rápido que las baterías de plomo-ácido. Otra ventaja es su capacidad para mantener la eficiencia durante la descarga. Las baterías de plomo-ácido suelen sufrir una disminución en su rendimiento a medida que se descargan.

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

Con el tiempo, se produce sulfatación, lo que puede reducir a la mitad su ya corta vida útil. Este problema suele ocurrir cuando las baterías de plomo-ácido se almacenan sin una carga completa. Las baterías de litio se pueden cargar a intervalos cortos y almacenar con cualquier capacidad superior a cero sin problemas.

Seguridad y manipulación

Las baterías LiFePO4 presentan una gran ventaja en entornos industriales. En primer lugar, poseen una excelente estabilidad térmica. Estas baterías pueden funcionar a temperaturas de hasta 55 °C (131 °F) sin sufrir daños. Las baterías de plomo-ácido perderían hasta el 80 % de su vida útil a una temperatura similar.

Otro problema es el peso de las baterías. Para una capacidad similar, las baterías de plomo-ácido pesan considerablemente más. Por ello, suelen requerir equipos específicos y un tiempo de instalación mayor, lo que puede reducir las horas de trabajo necesarias.

Otro aspecto a considerar es la seguridad de los trabajadores. En general, las baterías LiFePO4 son más seguras que las de plomo-ácido. Según las directrices de la OSHA, las baterías de plomo-ácido deben almacenarse en una sala especial con equipos diseñados para eliminar los gases tóxicos. Esto supone un coste y una complejidad adicionales para la operación industrial.

Conclusión

Las baterías de iones de litio presentan una clara ventaja en entornos industriales y para vehículos eléctricos de baja velocidad. Su mayor vida útil se traduce en un ahorro económico para los usuarios. Además, estas baterías no requieren mantenimiento, lo cual es especialmente importante en un entorno industrial donde la reducción de costes es fundamental.