¿Qué son las baterías de iones de litio?

Las baterías de iones de litio son un tipo popular de batería. 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 batería. Se pueden encontrar en teléfonos, vehículos eléctricos y carritos de golf a batería.

¿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 la sobrecarga. 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 estas últimas son recargables. Otra diferencia importante es su vida útil. Una batería de litio puede durar hasta 12 años sin uso, 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:

Ánodo

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

Cátodo

El cátodo 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 de 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 barrera física para separar el cátodo del 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 regreso al cátodo. El separador impide el libre flujo de electrones dentro de la batería, forzándolos hacia los contactos.

Al cargar una batería de iones de litio, el cátodo libera iones de litio que se dirigen al ánodo. Al descargarse, 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 la década de 1970 por el químico inglés Stanley Whittingham. Durante sus experimentos, los científicos investigaron diversas químicas para crear una batería autorecargable. Su primer ensayo utilizó disulfuro de titanio y litio como electrodos. Sin embargo, las baterías se cortocircuitaban y explotaban.

En la década de 1980, otro científico, John B. Goodenough, aceptó el reto. Poco después, Akira Yoshino, 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 1990, la tecnología de iones de litio empezó a cobrar impulso, convirtiéndose rápidamente en una fuente de energía popular a finales de la década. Fue la primera vez que Sony comercializó esta tecnología. El deficiente historial de seguridad de las baterías de litio impulsó el desarrollo de las baterías de iones de litio.

Si bien las baterías de litio pueden contener una mayor densidad energética, 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 si los usuarios cumplen con las normas básicas de seguridad.

¿Cuál es la mejor química de iones de litio?

Existen numerosos tipos de química para baterías de iones de litio. Las disponibles comercialmente son:

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

Existen numerosos tipos de química para las baterías de iones de litio. Cada una tiene sus ventajas y desventajas. Sin embargo, algunas solo son aptas para usos específicos. Por lo tanto, el tipo que elija dependerá de sus necesidades energéticas, presupuesto, tolerancia de seguridad y 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 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 breves picos de demanda. Las baterías LiFePO4 están clasificadas para un umbral de desbordamiento térmico de hasta 260 °C (510 °F), el más alto de cualquier tipo de batería de iones de litio disponible en el mercado.

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 eficientemente, duran más y pueden funcionar en ciclos profundos.claveSin pérdida de capacidad. Estas ventajas implican un gran ahorro de costes a lo largo de su vida útil en comparación con otros tipos de baterías. A continuación, se presentan 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 (VEB) son vehículos de cuatro ruedas que pesan menos de 1367 kg (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, uno de los factores más importantes a considerar es la longevidad. Por ejemplo, los carritos de golf a batería deben tener suficiente potencia para recorrer un campo de golf de 18 hoyos sin necesidad de recarga.

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

La batería también debería funcionar en diversas condiciones climáticas. Por ejemplo, debería permitir jugar al golf tanto en el calor del verano como en 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 entre 2 °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 composición química más común son las baterías de LiFePO4. Algunos de los equipos más comunes que utilizan estas baterías son:

Carretillas elevadoras de pasillo estrecho
Carretillas elevadoras contrapesadas
Carretillas elevadoras de 3 ruedas
Apiladores manuales
Jinetes centrales y de extremo

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 mayor densidad energética y mayor longevidad que las baterías de plomo-ácido. Pueden pesar un tercio menos y ofrecer la misma potencia.

Su ciclo de vida es otra gran ventaja. En 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 tres veces más, lo que se traduce en un gran ahorro a largo plazo.

También pueden operar a una mayor profundidad de descarga, de hasta el 80 %, sin afectar su capacidad. Esto supone una ventaja adicional: el ahorro de tiempo. Las operaciones no necesitan detenerse a mitad de camino para cambiar las baterías, lo que puede suponer un ahorro de miles de horas de trabajo durante un período suficientemente prolongado.

Carga de alta velocidad

Con las baterías industriales de plomo-ácido, el tiempo de carga normal es de unas ocho horas. Esto equivale a un turno completo de ocho horas en el que la batería no está disponible. Por lo tanto, el gerente debe tener en cuenta este tiempo de inactividad y comprar baterías adicionales.

Con las baterías de LiFePO4, esto no supone un desafío. Un buen ejemplo es elBaterías de litio industriales LifePO4 de ROYPOW, que se cargan cuatro veces más rápido que las baterías de plomo-ácido. Otra ventaja es su capacidad para mantener su eficiencia durante la descarga. Las baterías de plomo-ácido suelen experimentar una disminución en su rendimiento al descargarse.

La línea de baterías industriales ROYPOW tampoco presenta problemas de memoria gracias a un eficiente sistema de gestión de baterías. Las baterías de plomo-ácido suelen presentar este problema, lo que puede impedir que alcancen su capacidad máxima.

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

Seguridad y manipulación

Las baterías de LiFePO4 ofrecen una gran ventaja en entornos industriales. En primer lugar, su gran estabilidad térmica. Estas baterías pueden operar a temperaturas de hasta 55 °C 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 mayor tiempo de instalación, lo que puede implicar menos horas de trabajo.

Otro problema es la seguridad de los trabajadores. En general, las baterías de 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 humos peligrosos. Esto supone un coste adicional y una mayor complejidad en las operaciones industriales.

Conclusión

Las baterías de iones de litio ofrecen una clara ventaja en entornos industriales y para vehículos eléctricos de baja velocidad. Su mayor duración, lo que se traduce en un ahorro económico para los usuarios, también son de cero mantenimiento, lo cual es especialmente importante en entornos industriales donde el ahorro de costes es primordial.