Como funciona una bateria de litio

Iones de litio akku

El sector de las baterías de litio está en constante evolución, con una investigación real cada día en el desarrollo de tecnologías cada vez más eficaces e innovadoras, capaces de garantizar una mayor autonomía, potencia y tiempos de carga cada vez más cortos.

Esto lo saben muy bien los oyentes de Battery Weekly, el programa semanal en directo de los canales de LinkedIn y YouTube de Flash Battery, donde cada lunes a las 18:00 horas, nuestros expertos, Marco Righi, Alan Pastorelli y Daniele Invernizzi, repasan las últimas novedades del mundo de la electrificación y donde el tema de las baterías de estado sólido se ha convertido en uno de los temas más candentes.

Pero cuando hablamos de estado sólido, entran en juego diferentes factores, con una serie de grandes ventajas pero también muchos límites que todavía se están estudiando y que, a día de hoy, están retrasando su entrada en el mercado. Aclaremos las cosas.

Por ello, para poder hablar con claridad de las baterías de estado sólido, es importante dar un paso atrás y entender en detalle cómo funcionan las baterías de iones de litio y sus principales diferencias respecto a esta nueva tecnología.

Degradación de la batería de iones de litio

Las baterías de iones de litio pertenecen al grupo de baterías que generan energía eléctrica mediante la conversión de energía química a través de reacciones redox en los materiales activos, es decir, el negativo (ánodo) y un electrodo positivo (cátodo), en una o más celdas electroquímicas conectadas eléctricamente. Las baterías de iones de litio pueden dividirse a su vez en baterías primarias (no recargables) y secundarias (recargables), dependiendo de si son recargables o no mediante la aplicación de una corriente eléctrica.

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En las baterías de iones de litio convencionales, los iones Li+ se mueven entre el electrodo positivo (normalmente un material de óxido de metal de transición en capas) y un electrodo negativo basado en el grafito según el principio de la “mecedora” (véase el vídeo).

El término descarga se utiliza para el proceso en el que la batería suministra energía eléctrica a una carga externa. El electrolito de este sistema contiene iones Li+ adicionales para garantizar un rápido transporte de la carga iónica dentro de la célula.

Cuando se descarga, los iones Li+ se encuentran en el material del electrodo positivo. Así, el electrodo positivo es la fuente de los iones Li+ necesarios para la conversión de la energía eléctrica en energía química. Para permitir que los iones Li+ migren del electrodo positivo al negativo, el electrolito también se enriquece con iones Li+.

Carga de baterías de iones de litio

En una batería hay cuatro partes fundamentales: el cátodo (lado positivo de la batería), el ánodo (lado negativo de la batería), un separador que evita el contacto entre el cátodo y el ánodo y una solución química conocida como electrolito que permite el flujo de carga eléctrica entre el cátodo y el ánodo.

Las baterías de iones de litio que alimentan los teléfonos móviles, por ejemplo, suelen estar formadas por un cátodo de óxidos de cobalto, manganeso y níquel y un ánodo de grafito, el mismo material que se encuentra en muchos lápices. El cátodo y el ánodo almacenan el litio.

Cuando se enciende una batería de iones de litio, las partículas de litio cargadas positivamente (iones) se desplazan por el electrolito desde el ánodo hasta el cátodo. Se producen reacciones químicas que generan electrones y convierten la energía química almacenada en la batería en corriente eléctrica.

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Mientras los iones de litio van y vienen entre el ánodo y el cátodo, hay un flujo constante de electrones. Esto proporciona la energía para mantener sus dispositivos en funcionamiento. Como este ciclo puede repetirse cientos de veces, este tipo de batería es recargable.

Batería universitaria li-ion

Las baterías de iones de litio generan energía de corriente continua utilizando reacciones químicas. Cuando las baterías se descargan y cargan, los iones de litio se mueven de un lado a otro entre los electrodos (cátodo y ánodo) del interior de las baterías. En general, el material del cátodo está compuesto por óxidos de metales de transición a base de cobalto, níquel o manganeso, y el material del ánodo está compuesto por grafito.

Tanto el cátodo como el ánodo se fabrican con una estructura de capas y los iones de litio se sitúan entre ellas. Durante la carga, los iones de litio pasan del cátodo al ánodo. Durante la descarga, los iones de litio se mueven del ánodo al cátodo.

・ Alta densidad energética: Las baterías de iones de litio ofrecen una mayor densidad de energía en comparación con otros tipos de baterías recargables (batería de níquel-hidruro metálico, batería de níquel-cadmio, batería de plomo-ácido), lo que permite que las baterías sean más pequeñas y ligeras.・ Gran potencia: Como el voltaje de funcionamiento de la batería de iones de litio es mayor que el de otros tipos de baterías recargables, tiene la capacidad de soportar una mayor potencia.・ Larga vida: Las baterías recargables pueden utilizarse repetidamente mediante la carga. La vida de la batería de iones de litio se define como el número de ciclos completos de carga/descarga. Cuanto mayor sea el número de ciclos completos de carga/descarga, más durarán las baterías.