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Las pilas de iones de litio han revolucionado el mundo de los dispositivos electrónicos portátiles y el almacenamiento de energía renovable. Las pilas de iones de litio alimentan los dispositivos que utilizamos a diario, como los teléfonos móviles y los vehículos eléctricos. Se denominan baterías una vez que la célula o células se instalan en el interior de un dispositivo con la placa de circuito impreso protectora.

Batería de litio

Las pilas de litio son dispositivos recargables de almacenamiento de energía que utilizan iones de litio para transferir energía. Han ganado popularidad por su alta densidad energética, su ligereza y su mayor vida útil en comparación con otros tipos de pilas. Estas pilas funcionan gracias al movimiento de iones de litio entre los electrodos positivo y negativo.

Composición y componentes de la pila de litio

Las pilas de litio constan de varios componentes clave. El electrodo positivo, o cátodo, suele estar compuesto de óxidos metálicos de litio, como el óxido de litio y cobalto o el fosfato de litio y hierro. El electrodo negativo, o ánodo, suele estar compuesto de carbono o grafito. El electrolito, un medio conductor, facilita el movimiento de los iones de litio, mientras que el separador evita cortocircuitos entre los electrodos.

¿Cuáles son los componentes de una célula de iones de litio?

• Electrodos: Los extremos cargados positiva y negativamente de una célula. Se unen a los colectores de corriente
• Ánodo: El electrodo negativo
• Cátodo: el electrodo positivo
• Electrolito: Líquido o gel conductor de electricidad
• Colectores de corriente: Láminas conductoras en cada electrodo de la batería que se conectan a los terminales de la célula. Los terminales de la pila transmiten la corriente eléctrica entre la pila, el dispositivo y la fuente de energía que alimenta la pila.
• Separador: Una película polimérica porosa que separa los electrodos y permite el intercambio de iones de litio de un lado a otro.

Tipos de pilas de litio

Existen varios tipos de baterías de litio, como las de iones de litio (Li-ion), las de polímeros de litio (LiPo) y las de litio-azufre (Li-S), entre otras. Las baterías de iones de litio son las más comunes y utilizadas, ya que ofrecen un buen equilibrio entre densidad energética, vida útil y seguridad. Las baterías LiPo son flexibles y ligeras, por lo que son adecuadas para dispositivos delgados. Las baterías Li-S tienen potencial para una mayor densidad energética, pero aún están en fase experimental.

Ventajas y aplicaciones de la batería de litio

Las baterías de litio ofrecen varias ventajas sobre las tecnologías tradicionales. Tienen una alta densidad energética, lo que permite que los dispositivos funcionen durante periodos más largos entre cargas. También tienen un bajo índice de autodescarga, por lo que conservan la carga cuando no se utilizan. Las baterías de litio tienen aplicaciones en teléfonos inteligentes, ordenadores portátiles, vehículos eléctricos y sistemas de energía renovable, proporcionando fuentes de energía portátiles y fiables.

¿Cómo funcionan las pilas de iones de litio?

Como ya se ha dicho, el separador de la pila de litio mueve los iones de litio del cátodo al ánodo y viceversa a través del electrolito.

A medida que los iones de litio se mueven, activan electrones libres en el ánodo, lo que crea una carga en el colector de corriente positivo. A continuación, se produce un flujo de esa corriente eléctrica a través del dispositivo alimentado (teléfonos móviles, ordenadores portátiles, etc.) hacia el colector de corriente negativo. El flujo de electrones dentro de la batería está bloqueado por el separador.

Cuando conectas tus dispositivos electrónicos para cargarlos, el cátodo libera iones de litio, que son recibidos por el ánodo para garantizar la recarga de la batería. Mientras que durante el proceso de descarga, los iones de litio son liberados por el ánodo y recibidos por el cátodo, dando lugar a la generación de un flujo de electrones de un extremo a otro.

Componentes internos de una batería de iones de litio

Si desmonta una pila de litio (no recomendado), verá lo siguiente;

• Células de iones de litio: Pueden ser prismáticas, cilíndricas o de bolsa (también conocidas como de polímero de litio).
• Monitor del estado de carga de la batería: Se trata de un pequeño ordenador que controla el proceso de carga de la batería.
• Toma de tensión: Encargada de controlar la capacidad energética de cada una de las celdas de la batería.
• Conector para portátil: Permite un flujo fluido de información y alimentación dentro y fuera de la batería.
• Circuito regulador y convertidor de tensión: Mantienen niveles seguros de corriente y tensión.
• Sensores de temperatura: Para controlar la temperatura de la batería.

Consideraciones de seguridad e impacto ambiental

La seguridad es un aspecto crítico de las baterías de litio. La sobrecarga, el sobrecalentamiento o los daños físicos pueden provocar fugas térmicas o incluso explosiones. Los fabricantes incorporan elementos de seguridad como circuitos de protección y sistemas de gestión térmica para mitigar estos riesgos. Además, la eliminación y el reciclado de las baterías de litio requieren un tratamiento adecuado debido a su posible impacto ambiental.

Mantenimiento y técnicas de carga de la batería de litio

Para maximizar la vida útil y el rendimiento de las baterías de litio, es esencial aplicar técnicas de mantenimiento y carga adecuadas. Evitar las temperaturas extremas, realizar calibraciones periódicas y utilizar cargadores compatibles son consideraciones importantes. También es crucial seguir las directrices del fabricante sobre las condiciones de almacenamiento y uso.

¿Cuáles son las aplicaciones de la batería de litio?

No hay limitaciones cuando se trata de la aplicación de la batería de iones de litio en el mundo real, ya que ha sido probada por diferentes empresas y utilizada en electrónica portátil o pequeños dispositivos (ordenador portátil, videocámaras, sistemas de almacenamiento de energía, e incluso en un vehículo eléctrico). Estas son las principales aplicaciones de la batería de litio;

• Power Packs portátiles: Ya se ha demostrado que las baterías de litio hacen un gran trabajo para alimentar nuestros portátiles, ordenadores y teléfonos. Además, son más pequeñas y ligeras que las baterías de plomo-ácido. La transición de la tecnología existente a una fuente de alimentación portátil más eficaz puede hacerse sin estrés, gracias a las opciones de baterías de litio personalizadas.
• Sistemas de vigilancia o alarma en lugares remotos: La omisión de la electricidad cableada limita la seguridad de la mayoría de las personas. Sin embargo, puedes vigilar de forma segura cualquier lugar que desees con un sistema de alarma o vigilancia que funcione con batería de iones de litio.
• Almacenamiento de energía solar: Debido a su rápido proceso de carga y a su forma de cargarse, las baterías de litio son la opción perfecta para los paneles solares, ya que permiten aprovechar al máximo el potencial de almacenamiento de energía de la luz solar diaria.
• Rendimiento marino ligero: La mezcla de electricidad y agua puede plantear ciertos problemas. No importa si necesita alimentar todo su yate o un pequeño motor de curricán; puede confiar en la batería de litio para hacer el trabajo.
• Energía fiable para vehículos eléctricos y de recreo: Puede confiar en la batería de litio para alimentar su vehículo eléctrico o de recreo, ya que su tamaño y peso reducidos aumentan la eficiencia. Por lo tanto, si está pensando en explorar lugares remotos y quiere estar seguro y cómodo mientras lo hace, debe optar por la batería de iones de litio para alimentar su vehículo.
• SAI o respaldo eléctrico de emergencia: Dado que las baterías de litio son conocidas por almacenar energía de forma eficiente, son la opción ideal para un SAI o un respaldo de energía de emergencia para protegerle de la inestabilidad o la pérdida de energía.

¿Cuáles son las ventajas de la batería de litio?

Las baterías de iones de litio se utilizan más que otras pilas, ya que presentan un buen número de ventajas destacadas sobre otras tecnologías similares. Entre ellas están:

• Se desarrollaron para soportar muchos ciclos de carga y descarga.
• Son conocidas por conservar su carga. Un pack de baterías de iones de litio sólo pierde 5% de su carga cada mes, frente a las baterías de níquel e hidruro metálico (NiMH), que pierden unos 20% de su carga mensualmente.
• Por lo general, las pilas de litio son más ligeras que otras pilas de idéntico tamaño. La razón de que sean tan ligeras es que sus electrodos están hechos de carbono y litio ligeros.
• Tienen una densidad energética muy alta. En un kilogramo de batería, una de litio puede almacenar 150 vatios-hora. Una batería de plomo-ácido almacena 25 vatios-hora en el mismo kilogramo; con la tecnología de plomo-ácido, harían falta 6 kg para almacenar la cantidad exacta de energía que maneja 1 kg de batería de iones de litio. Por último, una batería de níquel-hidruro metálico (NiMH) almacena unos 70 vatios-hora en 1 kg de batería.

¿Tienen desventajas las pilas de litio?

La batería de iones de litio presenta algunos riesgos y preocupaciones que todo el mundo debería conocer;

• Existe una ligera posibilidad de que, si cae sobre una superficie sólida a gran velocidad, se incendie.
• Descargar completamente la batería li-ion podría arruinarla.
• Las altas temperaturas son perjudiciales para su vida útil. Si se almacenan a altas temperaturas, se degradan más rápidamente.
• Su degradación comienza inmediatamente después de salir de fábrica. Así, la mayoría de las baterías de litio sólo duran entre dos y tres años desde su fecha de fabricación.
• En estas baterías hay un electrolito inflamable capaz de provocar incendios de baterías a pequeña escala. Esto se vio en el Samsung Note 7, y provocó que los fabricantes detuvieran la fabricación y producción posteriores.
• Las baterías de litio no están permitidas en los aviones porque existe la posibilidad de que produzcan niveles de calor extraños y puedan provocar un incendio inextinguible. Esa es la razón de la prohibición de las baterías de iones de litio por las autoridades de aviación.

Tendencias futuras en baterías de litio

El futuro de las baterías de litio ofrece posibilidades apasionantes. Los investigadores trabajan activamente para mejorar la densidad energética, reducir los costes y aumentar la seguridad. Se espera que los avances en electrolitos de estado sólido, nanotecnología y sistemas de gestión de baterías contribuyan al desarrollo de baterías de litio aún más eficientes y sostenibles.

Conclusión:
Las baterías de litio se han convertido en parte integrante de nuestra vida moderna, alimentando desde teléfonos inteligentes y vehículos eléctricos hasta sistemas de energías renovables. Comprender sus principios básicos, composición, tipos, ventajas e impacto medioambiental potencial es crucial para aprovechar todo su potencial y garantizar al mismo tiempo la seguridad y la sostenibilidad. Dado que el sector de las baterías de litio sigue evolucionando, es esencial mantenerse informado sobre los últimos avances y tendencias. Utilizando técnicas adecuadas de mantenimiento y carga, podemos maximizar la vida útil y el rendimiento de las baterías de litio.

Preguntas más frecuentes：