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Batería de iones de litio de reacción redox
Las baterías de iones de litio son extremadamente populares y versátiles. Se encuentran en los teléfonos móviles, los automóviles, las herramientas eléctricas y otros tipos de dispositivos electrónicos, pero estas baterías recargables también están teniendo un gran impacto en los equipos de manipulación de materiales y de apoyo en tierra de los aeropuertos.
Las baterías de iones de litio están disponibles en muchas formas y tamaños diferentes. Sin embargo, por dentro suelen tener el mismo aspecto. Para entender cómo funciona una batería de iones de litio, es importante conocer el papel que desempeñan sus componentes individuales.
Cuando se conecta una batería de iones de litio a un dispositivo o equipo, los iones con carga positiva se mueven del ánodo al cátodo. Como resultado, el cátodo se carga más positivamente que el ánodo. Esto, a su vez, atrae electrones cargados negativamente hacia el cátodo.
Un separador en la célula incluye electrolitos que forman un catalizador. El movimiento de los iones a través de la solución electrolítica es lo que hace que los electrones se muevan a través del dispositivo al que está conectada la pila.
Tensión de iones de litio
Una batería está formada por un ánodo, un cátodo, un separador, un electrolito y dos colectores de corriente (positivo y negativo). El ánodo y el cátodo almacenan el litio. El electrolito transporta los iones de litio cargados positivamente del ánodo al cátodo y viceversa a través del separador. El movimiento de los iones de litio crea electrones libres en el ánodo que crean una carga en el colector de corriente positiva. A continuación, la corriente eléctrica fluye desde el colector de corriente a través de un dispositivo alimentado (teléfono móvil, ordenador, etc.) hasta el colector de corriente negativo. El separador bloquea el flujo de electrones dentro de la batería.
Mientras la batería se descarga y proporciona corriente eléctrica, el ánodo libera iones de litio hacia el cátodo, generando un flujo de electrones de un lado a otro. Al conectar el dispositivo, ocurre lo contrario: Los iones de litio son liberados por el cátodo y recibidos por el ánodo.
Reciclaje de baterías de iones de litio
(0,90-2,43 MJ/L)Potencia específica~250 – ~340 W/kg[1]Eficiencia de carga/descarga80-90%[6]Energía/precio al consumidor7,6Wh/US$132$/kWh[7]Tasa de autodescarga0,35% a 2,5% al mes según el estado de carga[8]Durabilidad del ciclo400-1.200 ciclos
Una batería de iones de litio o batería Li-ion es un tipo de batería recargable compuesta por celdas en las que los iones de litio se mueven desde el electrodo negativo a través de un electrolito hasta el electrodo positivo durante la descarga y de vuelta al cargar. Las pilas de iones de litio utilizan un compuesto de litio intercalado como material en el electrodo positivo y normalmente grafito en el electrodo negativo. Las baterías de iones de litio tienen una alta densidad de energía, no tienen efecto memoria (salvo las células LFP)[10] y tienen una baja autodescarga. Las celdas pueden fabricarse para dar prioridad a la energía o a la densidad de potencia[11]. Sin embargo, pueden suponer un riesgo para la seguridad, ya que contienen electrolitos inflamables y, si se dañan o se cargan incorrectamente, pueden provocar explosiones e incendios.
Akira Yoshino desarrolló un prototipo de batería de iones de litio en 1985, basándose en las investigaciones anteriores de John Goodenough, M. Stanley Whittingham, Rachid Yazami y Koichi Mizushima durante los años 70-80,[12][13][14] y posteriormente un equipo de Sony y Asahi Kasei dirigido por Yoshio Nishi desarrolló una batería de iones de litio comercial en 1991. [15] Las baterías de iones de litio se utilizan habitualmente en la electrónica portátil y en los vehículos eléctricos, y cada vez son más populares en aplicaciones militares y aeroespaciales[16].
Célula de litio
El mundo necesita más energía, preferiblemente de forma limpia y renovable. Nuestras estrategias de almacenamiento de energía se basan actualmente en las baterías de iones de litio, que están a la vanguardia de esta tecnología, pero ¿qué podemos esperar en los próximos años?
Empecemos con algunos aspectos básicos de las baterías. Una batería es un conjunto de una o varias celdas, cada una de las cuales tiene un electrodo positivo (el cátodo), un electrodo negativo (el ánodo), un separador y un electrolito. El uso de diferentes productos químicos y materiales para estos elementos afecta a las propiedades de la batería: cuánta energía puede almacenar y producir, cuánta potencia puede proporcionar o el número de veces que puede descargarse y recargarse (también llamado capacidad de ciclado).
Las empresas de baterías experimentan constantemente para encontrar productos químicos más baratos, más densos, más ligeros y más potentes. Hablamos con Patrick Bernard, director de investigación de Saft, quien nos explicó tres nuevas tecnologías de baterías con potencial transformador.
En las baterías de iones de litio (li-ion), el almacenamiento y la liberación de energía se realiza mediante el movimiento de iones de litio desde el electrodo positivo al negativo, de ida y vuelta, a través del electrolito. En esta tecnología, el electrodo positivo actúa como fuente inicial de litio y el negativo como anfitrión del litio. Bajo el nombre de baterías de iones de litio se reúnen varias químicas, como resultado de décadas de selección y optimización cercanas a la perfección de los materiales activos positivos y negativos. Los óxidos metálicos litificados o los fosfatos son los más utilizados como materiales positivos actuales. Como materiales negativos se utilizan el grafito, pero también el grafito/silicio o los óxidos de titanio litificados.