Principio de funcionamiento y usos de las baterías de iones de litio

Una batería de iones de litio es un tipo de batería recargable que utiliza partículas cargadas de litio para convertir la energía química en energía eléctrica.

M. Stanley Whittingham, un químico británico-estadounidense, es conocido como el padre fundador de las baterías de iones de litio.

Desarrolló el concepto de baterías recargables a finales de la década de 1970. En 2019, M. Stanley Whittingham, John Goodenough y Akira Yoshino fueron galardonados con el premio Nobel de Química por su trabajo.

En función de la capacidad de recarga, las baterías de iones de litio pueden clasificarse en dos grandes categorías, a saber, primarias y secundarias.

Las baterías de iones de litio primarias no son recargables, mientras que las secundarias son recargables.

Principio de funcionamiento de la batería de iones de litio

Las baterías de iones de litio funcionan según el principio de la mecedora. En este caso, la conversión de energía química en energía eléctrica tiene lugar con la ayuda de reacciones redox.

Normalmente, una batería de iones de litio está formada por dos o más celdas electroquímicas conectadas eléctricamente.

Cuando la batería se carga, los iones tienden a moverse hacia el electrodo negativo o ánodo.

Cuando la batería se descarga completamente, los iones de litio vuelven al electrodo positivo, es decir, al cátodo. Esto significa que durante el proceso de carga y descarga, los iones de litio se mueven de un lado a otro entre los dos electrodos de la batería, por lo que el principio de funcionamiento de una batería de iones de litio se denomina principio de la mecedora.

Funcionamiento de la batería de iones de litio

Una batería suele estar formada por dos electrodos, el ánodo y el cátodo. El cátodo forma el terminal positivo de la batería y el ánodo se dedica como terminal negativo.

El cátodo de una batería de iones de litio está formado principalmente por un compuesto de litio, mientras que el elemento principal del ánodo es el grafito.

Cuando la batería se conecta a un suministro eléctrico, los iones de litio tienden a pasar del cátodo al ánodo, es decir, del electrodo positivo al negativo.

Esto se conoce como carga de la batería. Durante la fase de descarga de la batería, el movimiento de los iones de litio se invierte del ánodo al cátodo, es decir, del electrodo negativo al positivo, y la energía eléctrica se transmite a la carga conectada.

Usos de la batería de iones de litio

Dispositivos móviles

Casi todos los dispositivos celulares, como teléfonos móviles, ordenadores portátiles, teléfonos inalámbricos, etc., utilizan baterías de iones de litio. Esto se debe a que las baterías de iones de litio son compactas, ligeras y reutilizables.

Por lo tanto, se adaptan perfectamente a los dispositivos de mano. Además, estos tipos de baterías proporcionan una tasa de carga rápida, lo que permite al usuario acceder a los dispositivos con frecuencia sin molestias.

Bancos de energía

Un banco de energía es un gadget portátil que ayuda al usuario a cargar cómodamente dispositivos electrónicos como teléfonos móviles, relojes inteligentes, etc., en cualquier momento y lugar.
Para ello, un banco de energía suele utilizar baterías de iones de litio y polímeros de litio.

Vehículos eléctricos

Varios vehículos eléctricos, como los coches eléctricos, las bicicletas eléctricas, los patinetes eléctricos, las bicicletas eléctricas, etc., utilizan baterías de iones de litio para su funcionamiento.

Esto se debe a que las baterías de iones de litio tienen una elevada relación potencia-peso, una mayor tolerancia a las variaciones de temperatura y presión, y una mayor densidad energética que las baterías de plomo-ácido.

Además, son ligeras, portátiles, eficientes y más seguras que las baterías tradicionales.

Dispositivos médicos

Dispositivos médicos como audífonos, herramientas quirúrgicas, máquinas de diagnóstico, marcapasos, desfibriladores, robots asistentes médicos, bombas de infusión, monitores de frecuencia cardíaca y de pulso, etc., emplean baterías de iones de litio para diversos fines de diagnóstico y tratamiento.

Las ventajas de utilizar baterías de iones de litio en aparatos médicos son su gran capacidad de respuesta, su rápida velocidad de carga, su ligereza y su carácter no peligroso, etc.

Cámaras

Las baterías de iones de litio son muy utilizadas en las cámaras réflex digitales porque son capaces de proporcionar una alta potencia durante una duración comparativamente más larga que las baterías tradicionales.

Además, se prefieren las baterías de iones de litio porque son ligeras y, por lo tanto, no hacen que el aparato sea voluminoso.

Algunas cámaras también utilizan baterías de iones de litio recargables que permiten al usuario reutilizarlas y mejorar la fiabilidad.

SAI

Un SAI (sistema de alimentación ininterrumpida) es un dispositivo que proporciona una reserva de energía durante un determinado período de tiempo en caso de corte o fallo de la misma. Estos dispositivos suelen utilizar una combinación de baterías de iones de litio.

Esto se debe a que el uso de baterías de iones de litio en los dispositivos SAI reduce el espacio del suelo en un 50-80%. Además, un sistema SAI basado en baterías de iones de litio pesa entre un 60 y un 80% menos que un dispositivo SAI genérico basado en baterías de plomo.

Robots

Las baterías de iones de litio son las preferidas en el campo científico de la robótica y la automatización. Se utilizan para alimentar robots humanoides y robots industriales.

Ventajas de la batería de iones de litio

1. Las baterías de iones de litio tienen una tasa de autodescarga significativamente baja en comparación con los otros tipos de baterías.
2. Tienen una alta densidad de energía.
3. No existe efecto memoria en las baterías de iones de litio.
4. La vida media de las baterías de iones de litio es diez veces superior a la de las baterías tradicionales de plomo-ácido.
5. La velocidad de carga de las baterías de iones de litio es alta.
6. Las baterías de iones de litio funcionan eficazmente en condiciones extremas, como alta presión y fluctuaciones de temperatura.
7. Las baterías de iones de litio son ligeras y de tamaño compacto. Normalmente, el peso de las baterías de iones de litio es aproximadamente un 50-60% menor que el de las baterías estándar de plomo-ácido.
8. La instalación de las baterías de iones de litio es comparativamente fácil.
9. Este tipo de baterías son flexibles, menos voluminosas y seguras de usar.
10. Las baterías de iones de litio están disponibles en una gran variedad de formas y tamaños.
11. El nivel de voltaje de una batería de iones de litio no baja y se mantiene constantemente durante su uso.
12. La capacidad de una batería de iones de litio es aproximadamente un 25-50% más que la batería de plomo.
13. Requieren poco mantenimiento.
14. Las baterías de iones de litio no son peligrosas, ya que no emiten ningún gas tóxico.

Desventajas de las baterías de iones de litio

1. La capacidad de carga de una batería de iones de litio se reduce con el tiempo debido a la pérdida de iones de litio en la interfase electrolito sólido y en la interfase cátodo-electrolito.
2. Si el separador de las baterías de iones de litio se daña, son susceptibles de sufrir riesgos de incendio.
3. Son relativamente caras.
4. Si la batería se queda sin iones de litio, no se puede sustituir. Por lo tanto, la batería no se puede utilizar después de la vida útil tentativa.