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Las pilas de iones de litio o Li-Ion son un tipo de pilas recargables que se utilizan en muchas aplicaciones, pero sobre todo en la industria electrónica. Las pilas de iones de litio proporcionan electricidad portátil y alimentan aparatos electrónicos como teléfonos móviles, ordenadores portátiles y tabletas. También se utilizan para suministrar energía a equipos médicos, vehículos eléctricos y herramientas eléctricas. Desde equipos médicos que salvan vidas hasta yates de lujo, las baterías de litio mantienen en funcionamiento con seguridad y fiabilidad tanto lo esencial como las comodidades de la vida moderna.

Las pilas de litio existen desde la década de 1990 y se han convertido en la opción preferida para alimentar todo tipo de dispositivos, desde teléfonos móviles y ordenadores portátiles hasta marcapasos, herramientas eléctricas, equipos médicos vitales y scooters de movilidad personal. Siga leyendo si desea saber más sobre algunos de los usos de estas pilas recargables fabricadas con tecnología de celdas metálicas de iones de litio.

Las baterías de iones de litio son de distintos tipos, pero suelen estar formadas por los siguientes componentes:

• Cátodo o electrodo positivo: Fuente de iones de litio que determina la capacidad y el voltaje de la pila.
• Ánodo o electrodo negativo: Sección que almacena y libera iones a través de una unidad externa
• Electrolito: Medio que transporta iones entre el cátodo y el ánodo.
• Separador: Barrera que impide que el cátodo y el ánodo entren en contacto.

Estos componentes principales deben estar presentes en una batería de iones de litio para que funcione correctamente.

¿Qué son las pilas de litio?

La tecnología de las baterías de iones de litio utiliza iones metálicos de litio como componente clave de su electroquímica.

Los iones metálicos de litio se han convertido en una opción popular para las baterías debido a su alta densidad energética y bajo peso. Un ejemplo notable es la batería de iones de litio, que se utiliza en una amplia gama de dispositivos electrónicos, desde teléfonos inteligentes a ordenadores portátiles. Otro tipo, las baterías de litio y fosfato de hierro, ofrecen mayor estabilidad y una vida útil más larga. Esto las hace idóneas para su uso en vehículos eléctricos y sistemas de almacenamiento de energía a gran escala.

Básicamente, la batería de litio tiene cuatro componentes clave.

• Material del cátodo: El material utilizado para el electrodo positivo determina el voltaje y la capacidad de la batería de iones de litio, además de ser la fuente de los iones de litio. Existen varios materiales catódicos. Por ejemplo, una batería de litio hierro fosfato (LiFEPO4) utiliza litio hierro fosfato como material de cátodo.
• Material del ánodo: Cuando la batería de iones de litio se está cargando, el material del ánodo del electrodo negativo es por donde fluye la corriente eléctrica desde un circuito externo. También es donde se almacenan los iones de litio.
• Electrolito: Está formado por aditivos, disolventes y sales. Es el conducto entre el cátodo y el ánodo.
• Separador: Es lo que separa los materiales del ánodo y del cátodo.

Los siete usos principales de la batería recargable de iones de litio

1. Alimentación de emergencia o SAI (sistema de alimentación ininterrumpida)

Disponer de una batería de litio para una reserva de energía de emergencia o SAI le protege de la pérdida o inestabilidad tradicional de la energía. Se diferencia de un generador u otro tipo de respaldo de energía de emergencia en que proporciona energía casi instantánea para hacer funcionar (o apagar con seguridad) el equipo al que está conectado. Los sistemas de reserva de energía de emergencia benefician a los equipos críticos: ordenadores, tecnología de la comunicación y tecnología médica.

2. Energía eléctrica y para vehículos recreativos fiable

Las pilas de litio ofrecen una energía fiable, estable y duradera: la mejor solución para mantenerse cómodo y explorar con seguridad lugares remotos. Con una vida útil de más de diez años, las baterías de litio proporcionan energía para viajes largos y pierden poca energía entre usos. Las ligeras baterías de litio alimentan su vehículo recreativo o eléctrico con mayor eficiencia gracias a su menor peso y tamaño en comparación con las baterías de plomo-ácido.

3. Rendimiento marino fiable y ligero

Mezclar agua y electricidad puede dar lugar a numerosos problemas. La batería de litio le permite concentrarse en la diversión de estar en el agua, no en la preocupación de si su motor marino arranca al final de un largo día.

La actualización de su embarcación a una batería de litio recargable de larga duración le proporciona años de arranques fiables del motor con una fracción del peso de una batería de plomo-ácido tradicional.

Tanto si necesita alimentar un pequeño motor de curricán como todas las comodidades de un yate, las baterías de litio son capaces y fiables.

4. Almacenamiento de energía solar

El uso de la energía solar en Estados Unidos aumentó 30% de 2013 a 2014. Incluso en el desierto, hay días en los que el sol no brilla o momentos en los que tu equipo solar necesita reparación. Evita quedarte a oscuras con la batería de litio para almacenamiento de energía solar.

Las baterías de litio recargables son las más adecuadas para los paneles solares por su rapidez de carga. Los paneles solares producen una carga de baja resistencia, que es lo que necesitan las baterías de litio. Además, las baterías de litio se cargan rápidamente, lo que permite maximizar el potencial de almacenamiento de energía solar de cada día de sol.

Para saber más sobre cómo calcular sus necesidades energéticas y encontrar la batería óptima para su aplicación y uso, visite nuestra Herramienta de selección de baterías de litio.

5. Sistemas de vigilancia o alarma en lugares remotos

No deje que la ausencia de electricidad cableada limite su seguridad. ¿Necesita vigilar perímetros remotos, una flota de vehículos, obras o una ubicación temporal donde no es posible instalar un sistema de alarma permanente? Proteja cualquiera de estos lugares difíciles con un sistema de vigilancia o alarma alimentado por batería de litio.

Las baterías de litio recargables son ideales para sistemas de monitorización remota por su larga duración, su pequeño tamaño y porque no pierden energía por autodescarga durante el tiempo que el sistema está inactivo. Las baterías de litio tienen un índice de autodescarga 10 veces inferior al de las baterías de plomo-ácido, lo que las hace ideales para situaciones en las que no están sometidas a un uso continuo.

6. Libertad personal con equipos de movilidad

La tecnología moderna ha facilitado la vida diaria de las personas con problemas de movilidad. Desde sillas de ruedas eléctricas hasta sillas salvaescaleras, muchas personas dependen de una tecnología de movilidad fiable para llevar una vida independiente. Las baterías de litio ligeras son la opción ideal para los equipos de movilidad, ya que ofrecen personalización de tamaño, una vida útil más larga, carga rápida, una baja tasa de autodescarga y un mayor tiempo de funcionamiento en comparación con las de plomo-ácido.

7. Grupos electrógenos portátiles que eliminan los tiempos de inactividad

Las pilas de litio recargables son conocidas por alimentar nuestros teléfonos y los últimos ordenadores portátiles ligeros. Las pilas de litio son más ligeras y pequeñas que las de plomo-ácido. También toleran el movimiento y los cambios de temperatura, además de mantener su suministro de energía durante el uso.

Peligros para la seguridad y el medio ambiente de la batería de iones de litio

A pesar de su uso generalizado y su almacenamiento energéticamente eficiente, la batería de iones de litio no es perfecta; puede ser un peligro para la seguridad si se fabrica, utiliza y almacena de forma inadecuada. Al contener electrolitos inflamables, las baterías de iones de litio tienden a presurizarse hasta el punto de explotar si sufren algún daño estructural. Si se cargan demasiado rápido, las baterías de iones de litio también corren el riesgo de cortocircuitarse y provocar una explosión.

Por ello, y debido a su uso generalizado en la mayoría de los productos comerciales, las normas de seguridad y las pruebas de seguridad de las baterías de iones de litio son mucho más estrictas que las de otros tipos de baterías. Los electrolitos inflamables presentes en las pilas de iones de litio hacen que una producción inadecuada pueda tener resultados a menudo desastrosos.

Las baterías de iones de litio también son susceptibles de sufrir daños cuando se cargan por encima de sus límites de tensión. Normalmente, una batería de iones de litio tiene un rango de voltaje de entre 2,5 y 3,65 voltios (o, hasta 4,35 V dependiendo de la composición de la célula). Superar este voltaje debido a una carga inadecuada puede provocar un envejecimiento prematuro de las celdas de la batería, lo que, en el mejor de los casos, significa que la batería almacena energía de forma menos eficiente o, en el peor, hace que los componentes reactivos de las celdas exploten.

Cuando se almacena durante demasiado tiempo, la batería de iones de litio también puede degradarse prematuramente, lo que significa que no será capaz de alcanzar su rango de tensión normal cuando finalmente se utilice. Aunque las pilas de iones de litio utilizan metales "menos tóxicos" como el hierro, el níquel, el cobre y el cobalto (y están clasificadas como tales), su producción y método de eliminación pueden seguir suponiendo un peligro considerable para el medio ambiente.

Aunque los componentes metálicos de las baterías de iones de litio son reciclables, e incluso seguros tanto para su incineración como en vertederos, reutilizarlos y reproducirlos en otros productos es un proceso largo y costoso, lo que, a su vez, lleva a los fabricantes a renunciar al reciclaje y limitarse a extraer nuevos componentes.

Tipos de pilas de iones de litio

Las baterías de iones de litio se clasifican en función de los materiales activos utilizados en su química. Cada tipo de batería de iones de litio tiene sus propias ventajas e inconvenientes. Básicamente hay 6 tipos de baterías de iones de litio disponibles en el mercado, que son:

Batería de litio hierro fosfato (LiFePO4) o LFP

Se utiliza fosfato como cátodo y grafito como ánodo. El LFP ofrece una buena estabilidad térmica y un buen rendimiento.

Usos: Las LFP son las baterías de iones de litio más utilizadas para sustituir a las baterías de plomo convencionales.

Ventajas: Seguridad, durabilidad y larga vida útil.

Inconvenientes: El rendimiento se resiente a bajas temperaturas y también tienen una energía específica baja.

Óxido de litio y cobalto (LCO)

Estas pilas tienen una energía específica alta pero una potencia específica baja.

• Usos: Pequeños aparatos electrónicos portátiles como teléfonos móviles, ordenadores portátiles, cámaras, etc.
• Ventajas: La batería LCO suministra energía durante un largo periodo de tiempo gracias a su elevada energía específica.
• Inconvenientes: Costoso, vida útil más corta, no se puede utilizar para aplicaciones de alta carga.

Óxido de litio y magnesio (LMO)

Los OVM utilizan MgO2 como material catódico, lo que mejora el flujo de iones.

• Usos: Herramientas eléctricas portátiles, vehículos eléctricos e híbridos, instrumental médico.
• Ventajas: Carga rápida, alta entrega de corriente, mejor estabilidad térmica, seguridad.
• Inconvenientes: La corta vida útil es el mayor inconveniente del OVM.

Óxido de litio, níquel, manganeso y cobalto (NMC)

La combinación de níquel, manganeso y cobalto da lugar a una química estable con una elevada energía específica.

• Usos: Herramientas eléctricas, cadenas cinemáticas eléctricas para bicicletas eléctricas y algunos vehículos eléctricos.
• Ventajas: Alta densidad energética, mayor ciclo de vida y menor coste.
• Inconvenientes: Menor voltaje de salida que la batería basada en cobalto.

Óxido de litio, níquel, cobalto y aluminio (NCA)

Puede suministrar una gran cantidad de corriente durante un tiempo prolongado.

• Usos: Más popular en el mercado de vehículos eléctricos, como los coches Tesla.
• Ventajas: Alta energía con una vida útil decente y puede rendir en aplicaciones de alta carga.
• Inconvenientes: Las baterías NCA son caras y comparativamente menos seguras.

Ventajas y desventajas de la batería de iones de litio

Hoy en día, las pilas de iones de litio se están popularizando y están sustituyendo a las pilas convencionales a un ritmo muy rápido. Para obtener el máximo rendimiento de una batería de iones de litio, es muy importante que conozcamos no sólo sus ventajas, sino también sus inconvenientes.

Ventajas

• Alta densidad energética: Esta es la ventaja más destacada de la lib. La densidad de energía permite a la batería suministrar energía durante más tiempo entre cargas y también hace posible que quepa en varios tipos de tamaño.
• Autodescarga: Las LIB tienen una tasa de autodescarga comparativamente muy baja con respecto a otros tipos de baterías. La tasa de autodescarga de una LIB es de unas 4,5% en las primeras 4 horas, y después se reduce drásticamente a entre 1 y 2% al mes.
• Bajo mantenimiento: Por un lado, otras baterías, como las de plomo-ácido, requieren recargas periódicas, y las de níquel-cadmio, descargas periódicas; las LIB, en cambio, no requieren ningún mantenimiento activo.
• Disponible en varios tamaños: Debido a su disponibilidad en varios tamaños, las LIB tienen una amplia gama de aplicaciones y, por tanto, pueden utilizarse de forma casi universal, desde smartwatches y teléfonos móviles hasta vehículos eléctricos, herramientas eléctricas y tecnología aeroespacial.
• Alta tensión: Las LIB proporcionan un voltaje constante de 3,6 voltios hasta que se descargan, mientras que las demás baterías proporcionan entre 1,5 y 2 voltios de voltaje por celda. Esto ayuda a producir un alto voltaje por célula y una sola célula puede satisfacer las necesidades energéticas de un smartphone.

Desventajas

• Requisitos del sistema de gestión de baterías: Las LIB requieren un circuito de protección incorporado para garantizar el funcionamiento de la batería dentro de unos límites de seguridad. Estas baterías también requieren protección contra la sobrecarga y la descarga excesiva.
• Envejecimiento: Esta es una de las principales desventajas de las LIB y el envejecimiento no sólo depende del tiempo, sino también del número de ciclos de carga y descarga. Las LIB también envejecen independientemente de si están en uso o no.
• Coste: Normalmente, el coste de fabricación de una LIB normal es 40% superior al de una pila de níquel-cadmio. Por tanto, el coste global de los bienes de consumo producidos en serie aumenta. Esto puede entenderse bien por el hecho de que los vehículos eléctricos son mucho más caros que sus variantes basadas en combustibles fósiles.
• Impacto medioambiental: La extracción del litio y el proceso de fabricación de las LIB tienen un impacto negativo en el medio ambiente y el hecho de que se utilicen metales tóxicos como el níquel, el cobalto, el magnesio, etc. empeora aún más la situación.

Preguntas más frecuentes: