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Antes de que aparecieran las baterías de iones de litio, las de níquel-cadmio eran las estándar. El litio tiene aproximadamente el doble de densidad energética que el níquel-cadmio, lo que las convierte en baterías mucho más potentes.

La adopción de la batería de iones de litio ha aumentado considerablemente en la actualidad. Esto se debe a que las baterías de iones de litio duran mucho tiempo, tienen una alta frecuencia de potencia y su fabricación es asequible. Entre las ventajas de las pilas de iones de litio figuran su carácter recargable y su alta portabilidad.Para sacar el máximo partido de la tecnología de las pilas de iones de litio, es necesario conocer no sólo sus ventajas, sino también sus limitaciones o desventajas. De este modo, se pueden utilizar de forma que se aprovechen al máximo sus puntos fuertes.

¿Cuáles son las ventajas y desventajas de la batería de iones de litio?

Ventajas de la batería de iones de litio:

• Alta densidad energética - La batería de iones de litio puede tener una gran capacidad de energía sin ser demasiado voluminosa. Es una de las principales razones por las que son tan populares en la industria de los dispositivos portátiles.
• Pequeño y ligero - La pila de iones de litio es más ligera y pequeña que otras pilas recargables, si se tiene en cuenta su capacidad. Esto la hace más práctica en dispositivos electrónicos portátiles en los que las especificaciones físicas, como el peso y el factor de forma, se consideran importantes argumentos de venta.
• Baja autodescarga - La batería de iones de litio tiene un índice de autodescarga extremadamente bajo, de entre el 1,5% y el 3% al mes. Esto significa que la batería tiene una vida útil más larga cuando no se utiliza porque se descarga más lentamente que otras baterías recargables. Tenga en cuenta que la batería de níquel-hidruro metálico tiene una autodescarga del 20% al mes.
• Efecto no memoria - La batería de iones de litio tiene un efecto memoria nulo o mínimo. Tenga en cuenta que el efecto memoria es un fenómeno observado en las pilas recargables en el que pierden su máxima capacidad energética cuando se recargan repetidamente después de haberse descargado sólo parcialmente. Este efecto memoria es común en las pilas recargables de níquel-hidruro metálico.
• Carga rápida - La batería de iones de litio se carga más rápido que otras baterías recargables. De hecho, tarda una fracción de tiempo en cargarse en comparación con sus homólogas.
• Alta tensión de circuito abierto - La batería de iones de litio tiene una tensión de circuito abierto superior a la de otras baterías acuosas como las de plomo-ácido, níquel-hidruro metálico y níquel-cadmio.
• Larga vida útil - Las baterías de iones de litio pueden soportar cientos de ciclos de carga y descarga. Algunas baterías de iones de litio pierden el 20% de su capacidad inicial tras 500 ciclos, mientras que las más avanzadas siguen teniendo capacidad tras 2000 ciclos.
• Bajo mantenimiento - Las baterías de iones de litio no requieren mantenimiento para garantizar su rendimiento, ya que tienen un efecto memoria de nulo a bajo y una baja autodescarga.
• No requiere imprimación - Algunas pilas recargables necesitan ser cebadas cuando reciben su primera carga. En el caso de las pilas y baterías de iones de litio no es necesario.
• Variedad de tipos disponibles - Existen varios tipos de pilas de iones de litio con forma cilíndrica o prismática. Esta ventaja de la batería de iones de litio permite utilizar la tecnología adecuada para la aplicación concreta que se necesite.

Desventajas de las baterías de iones de litio:

• Caro - La producción de baterías de iones de litio puede resultar bastante cara. El coste total de producción de estas baterías es aproximadamente 40% superior al de las baterías de níquel e hidruro metálico.
• Protección necesaria - Las pilas y baterías de iones de litio no son tan robustas como otras tecnologías recargables, por lo que requieren protección contra la sobrecarga y la descarga.
• Efecto de envejecimiento - Las baterías de iones de litio se degradan de forma natural a medida que envejecen. Normalmente, la batería de iones de litio sólo podrá soportar entre 500 y 1000 ciclos de carga y descarga antes de que su capacidad caiga a 50%.
• Problemas de transporte - Esta desventaja de las baterías de iones de litio ha saltado a la palestra en los últimos años. Existen muchas restricciones para el transporte de baterías de iones de litio, sobre todo en grandes cantidades por vía aérea.
• Descarga profunda - La batería de iones de litio tiene una baja autodescarga. La integridad general de esta batería permanece intacta aunque se descargue parcialmente. Sin embargo, una descarga profunda o cuando el voltaje de una celda de iones de litio cae por debajo de un determinado nivel, la inutiliza.
• Cuestiones de seguridad - La batería de iones de litio puede explotar si se sobrecalienta o se sobrecarga. Esto se debe a que los gases formados por la descomposición del electrolito aumentan la presión interna de la célula. El sobrecalentamiento o un cortocircuito interno también pueden inflamar el electrolito y provocar un incendio.
• Sensibilidad a las altas temperaturas - La batería de iones de litio es susceptible a los inconvenientes de un exceso de calor causado por el sobrecalentamiento del dispositivo o la sobrecarga. El calor hace que las celdas o packs de esta batería se degraden más rápido de lo normal.

Principio de funcionamiento de la batería de iones de litio

Estructura básica: La batería de iones de litio es una batería recargable formada por una o varias celdas (una celda es un compartimento de la batería que genera energía) y cada celda tiene los siguientes componentes esenciales: un ánodo, un cátodo, un separador, un electrolito y dos colectores de corriente: uno positivo y otro negativo. El electrodo positivo está formado por óxido de litio y cobalto (LiCoO2) o fosfato de litio y hierro (LiFePO4). El electrodo negativo es de carbono (grafito).

El funcionamiento general de una LIB es el siguiente:

• El litio se almacena en el ánodo y el cátodo.
• El electrolito transporta el ion de litio cargado positivamente del cátodo al ánodo y viceversa a través de un separador.
• En el ánodo se crean electrones libres debido al movimiento de los iones de litio.
• Esto, a su vez, crea carga en el colector positivo de corriente.
• A continuación, la corriente eléctrica fluye a través de un dispositivo, por ejemplo un teléfono móvil, hasta el colector negativo.
• El separador impide el flujo de corriente dentro de la pila.

Carga y descarga: Durante la descarga de la pila, el ánodo libera iones de litio al cátodo, lo que genera un flujo de electrones de un lado al otro y durante este proceso se suministra corriente eléctrica.

Lo contrario ocurre cuando se conecta un dispositivo y los iones de litio son liberados por el cátodo y recibidos por el ánodo; así es precisamente como se produce un batería de iones de litio funciona.

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.

Titanato de litio/Oxido de titanio y litio (LTO)

Todos los tipos de baterías mencionados anteriormente tienen diferentes materiales catódicos, pero las LTO utilizan titanato de litio como ánodo, mientras que las LMO o NMC se utilizan como cátodo.

• Usos: Vehículos eléctricos, estaciones de carga, SAI, almacenamiento de energía eólica y solar, alumbrado público, equipamiento militar, aeroespacial, sistemas de telecomunicaciones.
• Ventajas: Carga rápida, amplias temperaturas de funcionamiento, larga vida útil, muy seguro.
• Inconvenientes: Baja densidad energética, muy caro.

Aplicaciones de la batería de iones de litio

Las baterías de iones de litio están disponibles en varias formas y tamaños. Por eso son ideales para satisfacer las necesidades energéticas de cualquier sistema, independientemente de su tamaño y naturaleza. Algunas de las aplicaciones más destacadas de las baterías de iones de litio son

• Copias de seguridad/ Alimentación de emergencia/ SAI: La batería de iones de litio proporciona energía de reserva instantánea en caso de emergencia y nos permite apagar con seguridad o mantener en funcionamiento los equipos vitales durante la situación de emergencia. Estas baterías se utilizan mucho en informática, comunicaciones y tecnología médica.
• Unidades de almacenamiento de energía solar: Las baterías de iones de litio son las más adecuadas para almacenar energía en una unidad de energía solar porque se cargan muy rápidamente, maximizando el potencial de almacenamiento de energía solar y permitiéndonos extraer la máxima energía posible del sol.
• Como fuente de alimentación portátil: En la actualidad, todos nuestros aparatos electrónicos, como teléfonos móviles, altavoces bluetooth, ordenadores portátiles, cámaras digitales, linternas, etc., funcionan con baterías recargables de iones de litio que nos permiten utilizarlos libremente en cualquier lugar.
• Automóviles eléctricos/ Movilidad: La emisión vehicular de combustibles fósiles es una de las principales causas del aumento de la contaminación ambiental. Los vehículos impulsados por baterías de iones de litio reducen considerablemente la contaminación y, por tanto, nuestra huella de carbono.

VENTAJAS DEL IÓN DE LITIO frente al ÁCIDO DE PLOMO

Sistema de protección de la batería (BPS) integrado

• Interruptor de protección contra baja tensión: se desconecta automáticamente a 10,5 V.
• Interruptor de protección contra sobretensión: se desconecta automáticamente a 15,8 V.
• Interruptor de protección contra cortocircuitos: se desconecta automáticamente si se produce un cortocircuito.
• Interruptor de protección contra polaridad inversa: se desconecta automáticamente si se invierte accidentalmente la polaridad.
• Equilibrio celular interno - Equilibra automáticamente las células.
• Equilibrado de carga - Equilibrado independiente para varias baterías conectadas en paralelo o en serie.

Este sistema de protección de baterías está diseñado para durar toda la vida útil de la batería y proporcionar energía fiable durante miles de ciclos.

Mucho menos peso

Suelen ser unas 70% más ligeras que las baterías de plomo-ácido del mismo tamaño.

Orientación

Una batería LiT puede montarse y funcionar en cualquier dirección.

Carga rápida

Una batería de Lithium Ion Technologies® puede recargarse completamente en tan sólo 1 hora a partir de una batería completamente descargada. Si tiene una batería de iones de litio de 100 amperios hora y un cargador de 100 amperios, tardará sólo 1 hora en recargarse por completo.

Sin caída de tensión

La curva de tensión es casi plana y proporciona una tensión y una potencia mayores durante todo el ciclo de descarga. A Batería de iones de litio de 12 V tiene poca o ninguna caída de tensión al arrancar el motor. Esto proporciona alrededor de 25% arranque más rápido que con una batería de plomo. Al arrancar el motor con una batería de plomo la tensión puede caer hasta 9V causando su motor de arranque para girar más lento.

Eficiencia de carga

Al cargar una batería de plomo-ácido puede perder entre 15 y 30% de la energía entre su cargador y la batería debido a la pérdida de calor. Una batería Lithium Ion Technologies® tiene una eficiencia del 99,1% y aceptará casi 100% de la energía de su cargador, paneles solares u otras tecnologías generadoras de energía.

Algoritmo de cobro

Las baterías de iones de litio pueden cargarse con corriente y tensión constantes (CC, CV). Esto significa que casi cualquier cargador de baterías, independientemente del algoritmo, puede cargar una batería de Lithium Ion Technologies®. Un algoritmo normalmente ralentiza la corriente que fluye hacia la batería desde el cargador. Las baterías de plomo-ácido se calientan y se hinchan si reciben una corriente constante, por lo que los fabricantes de cargadores crean algoritmos para ralentizar la corriente y proteger la batería del sobrecalentamiento. Una batería LiT® no se calentará durante la carga.

Carga a granel, de absorción y de flotación

Si su cargador es programable para diferentes tipos de batería o ajustes personalizados, deberá configurarlo de la siguiente manera: Bulk 14.4V, Absorb 14.6V, y float a 13.6V.

Sin autodescarga

Las baterías Lithium Ion Technologies® se autodescargan menos de 3% al mes. Una batería Lithium Ion Technologies® puede mantener una carga completa durante más de 1 año y prácticamente no se autodescarga. Las baterías de plomo pueden perder hasta 30% de su capacidad al mes debido a la autodescarga.

A prueba de vibraciones

Las células LiT® están atornilladas y son de construcción sólida.

No hay placas frágiles o quebradizas hechas de plomo, que pueden ser propensas a fallar con el tiempo como resultado de la vibración.

Amperios Horas

Lo que muchos propietarios de baterías no saben acerca de las baterías de plomo-ácido es que su capacidad nominal (Ah) se especifica normalmente para una tasa de descarga de 20 horas. A velocidades de descarga superiores a 20 A, la capacidad útil puede reducirse a menos de la mitad debido al "efecto Peukert". Una batería de plomo-ácido de 225 AH con una tasa de descarga de 80 A sólo puede funcionar durante 53 minutos.

Mayor densidad energética

Densidad energética 4 veces superior a la de las baterías de plomo.

Capacidad "utilizable" superior:

Una batería Lithium Ion Technologies® puede descargarse completamente sin dañarla. Las baterías de plomo normalmente sólo proporcionan 50% de capacidad utilizable a partir de la capacidad nominal en amperios hora. Esto significa que si su aplicación requiere 400 amperios hora de capacidad utilizable, tendría que dimensionar un banco de baterías de plomo de 800 amperios hora.