Li-ion es una batería de bajo mantenimiento, una ventaja que la mayoría de las otras químicas no pueden reclamar. La batería no tiene memoria y no necesita ejercicio (descarga completa deliberada) para mantenerla en buen estado. La autodescarga es menos de la mitad que la de los sistemas basados en níquel y esto ayuda a las aplicaciones de medición de combustible. El voltaje nominal de la celda de 3,60 V puede alimentar directamente teléfonos móviles, tabletas y cámaras digitales, lo que ofrece simplificaciones y reducciones de costos en comparación con los diseños de celdas múltiples. Los inconvenientes son la necesidad de circuitos de protección para evitar abusos, así como el elevado precio.
Tipos de baterías de iones de litio
La Figura 1 ilustra el proceso.
Li-ion es una batería de bajo mantenimiento, una ventaja que la mayoría de las otras químicas no pueden reclamar. La batería no tiene memoria y no necesita ejercicio (descarga completa deliberada) para mantenerla en buen estado. La autodescarga es menos de la mitad que la de los sistemas basados en níquel y esto ayuda a las aplicaciones de medición de combustible. El voltaje nominal de la celda de 3,60 V puede alimentar directamente teléfonos móviles, tabletas y cámaras digitales, lo que ofrece simplificaciones y reducciones de costos en comparación con los diseños de celdas múltiples. Los inconvenientes son la necesidad de circuitos de protección para evitar abusos, así como el elevado precio.
La batería de iones de litio original de Sony utilizaba coque como ánodo (producto de carbón). Desde 1997, la mayoría de los fabricantes de iones de litio, incluido Sony, pasaron al grafito para lograr una curva de descarga más plana. El grafito es una forma de carbono que tiene estabilidad de ciclo a largo plazo y se utiliza en lápices de mina. Es el material de carbono más común, seguido de los carbonos duros y blandos. Los carbonos de nanotubos aún no han encontrado uso comercial en Li-ion, ya que tienden a enredarse y afectar el rendimiento. Un material del futuro que promete mejorar el rendimiento del Li-ion es el grafeno.
La Figura 2 ilustra la curva de descarga de voltaje de un Li-ion moderno con ánodo de grafito y la primera versión de coque.
Se han probado varios aditivos, incluidas aleaciones a base de silicio, para mejorar el rendimiento del ánodo de grafito. Se necesitan seis átomos de carbono (grafito) para unirse a un único ion de litio; un solo átomo de silicio puede unirse a cuatro iones de litio. Esto significa que, en teoría, el ánodo de silicio podría almacenar más de 10 veces la energía del grafito, pero la expansión del ánodo durante la carga es un problema. Por lo tanto, los ánodos de silicona pura no son prácticos y normalmente solo se agrega entre un 3 y un 5 por ciento de silicio al ánodo de un producto a base de silicio para lograr un buen ciclo de vida.
El uso de titanato de litio nanoestructurado como aditivo de ánodo muestra un ciclo de vida prometedor, buenas capacidades de carga, excelente rendimiento a baja temperatura y seguridad superior, pero la energía específica es baja y el costo alto.
Experimentar con materiales de cátodo y ánodo permite a los fabricantes fortalecer las cualidades intrínsecas, pero una mejora puede comprometer otra. La llamada “Celda de Energía” optimiza la energía específica (capacidad) para lograr tiempos de ejecución prolongados pero a menor potencia específica; el “Power Cell” ofrece una potencia específica excepcional pero a menor capacidad. La “Celda Híbrida” es un compromiso y ofrece un poco de ambos.
Los fabricantes pueden lograr una energía específica alta y un costo bajo con relativa facilidad agregando níquel en lugar del cobalto, que es más caro, pero esto hace que la celda sea menos estable. Si bien una empresa nueva puede centrarse en un alto nivel de energía específica y precios bajos para lograr una rápida aceptación en el mercado, la seguridad y la durabilidad no pueden verse comprometidas. Los fabricantes de renombre otorgan gran integridad a la seguridad y la longevidad.
La mayoría de las baterías de iones de litio comparten un diseño similar que consiste en un electrodo positivo de óxido metálico (cátodo) recubierto sobre un colector de corriente de aluminio, un electrodo negativo (ánodo) hecho de carbono/grafito recubierto sobre un colector de corriente de cobre, un separador y un electrolito. hecho de sal de litio en un solvente orgánico. Más información, por favor visite tedabattery.com.
La Tabla 3 resume las ventajas y limitaciones del Li-ion.
Hora de publicación: 26 de junio de 2022