Las baterías de ion de litio, también denominadas Li-ion, son un tipo de batería recargable de almacenamiento de energía eléctrica que utiliza compuestos de litio como uno de los electrodos. Consta de varias celdas que se ensamblan juntas en un módulo y dependiendo del tamaño de la batería, los módulos están conectados en serie y forman un sistema de batería. Funcionan como una batería normal, si bien con la ventaja de que la entrega de energía es máxima durante todo el tiempo, sin importar la poca carga que le quede a la batería.
Hoy en día se utilizan en la mayoría de los coches eléctricos, smartphones, relojes inteligentes, paneles solares o en bicicletas eléctricas, por poder algunos ejemplos, pero, por supuesto, también en los centros de datos.
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Orígenes de las baterías de Ion de Litio
Aunque irrumpe en la electrónica de consumo en los años 90, ya en 1985 Akira Yoshino desarrolló el primer prototipo basándose en investigaciones anteriores de John Goodenough y otros expertos durante la década de los 70. Posteriormente, Sony Energitech desarrolló la primera batería comercial de ion de litio en 1991. Con el tiempo, se han incorporado otros avances, especialmente en el uso de cátodos de óxido níquel, manganeso y cobalto (NMC), para mejorar la densidad de carga, el rendimiento y la seguridad.
Las baterías de ion de litio, también denominadas Li-ion, son un tipo de batería recargable de almacenamiento de energía eléctrica que utiliza compuestos de litio como uno de los electrodos
¿Por qué se usan las baterías Li-ion y cómo funcionan?
El funcionamiento de una batería de litio se basa en un fenómeno químico reversible que permite producir electricidad. A diferencia de las antiguas baterías de plomo, estos modelos son capaces de suministrar decenas de kilovatios-hora. Se componen de un electrodo negativo donde salen los electrones y un electrodo positivo que los recibe. Cuando se conecta la batería, los iones de litio se mueven desde el ánodo -negativo- hasta el cátodo -positivo- a través de un electrolito, dando lugar a la diferencia de potencial que produce la corriente. Cuando se carga la batería, los iones de litio vuelven al ánodo.
El litio es un metal muy liviano con alta densidad de energía, propiedad que permite a la batería ser ligera y proporcionar mucha energía contenida en un formato pequeño. Las baterías de iones de litio se usan porque tienen más o menos las mismas propiedades que un metal de litio, pero no son metálicos y son mucho más seguros de usar, si lo comparamos con el litio metálico.
Diseño de las baterías de Li-ion
Las baterías de Li-ion están compuestas principalmente por cuatro elementos: ánodo, cátodo, separador entre los dos electrodos y un electrolito que llena el espacio restante. A su vez, se componen de una o varias celdas y, dependiendo de su uso final, existen diferentes tipos: las celdas cilíndricas, usadas en la mayoría de vehículos eléctricos, que consisten en láminas de distintos componentes que se enrollan hasta formar un cilindro, mientras que las celdas planas, como las que integran los teléfonos móviles y ordenadores portátiles, utilizan polímero de iones de litio en forma de láminas apiladas.
Cabe recordar que una celda de litio 18650 denota en su número las dimensiones que posee la batería. El primer número hace referencia a su diámetro, el cual es de 18 mm y el número 65 indica la longitud que tiene la batería, que es 65 mm.
¿Cuánto dura una batería de Ion de Litio?
Tiene una vida útil de unos 3 años o más si se almacena con un 40% de su carga máxima. Estas baterías suelen permitir una recarga de 300 a 1.000 veces y están consideradas comercialmente dentro del apartado consumibles. Estas baterías no tienen efecto memoria y, por ello, no hace falta descargarlas por completo; de hecho, no es recomendable, dado que puede acortar mucho su vida útil. Lo ideal es que estén en un lugar fresco, evitando el calor, y si se han de almacenar mucho tiempo, dejarlas en carga intermedia (al 40%). Y eso sí, siempre recargarlas con un cargador específico.
¿Qué diferencia hay entre batería de plomo-ácido y Li-ion?
Las baterías de litio Li-Ion ofrecen numerosas ventajas; tienen una mayor densidad de energía, mayor eficiencia y un ciclo de vida más largo. En ocasiones, las baterías de plomo ácido permiten 1.500 ciclos de vida, mientras que la tecnología de las baterías de litio ofrece una duración de hasta 2.500 ciclos. Además, requieren mucho menos mantenimiento que las de plomo y no es necesario su cambio. De esta forma, se produce una reducción de los costes energéticos. La tensión constante evita la pérdida de rendimiento incluso a medida que desciende el nivel de carga de la batería.
La gran densidad energética de estas baterías permite, a diferencia de las baterías de plomo-ácido tradicionales, disponer de una mayor capacidad en un mismo espacio.
Las baterías de Litio ofrecen una alternativa a VRLA, tradicionalmente usadas en los centros de datos, ya que funcionan a temperaturas mucho más altas, de hasta 55ºC
¿Qué ventajas y desventajas tienen las baterías de iones de Litio?
En comparación con la tecnología tradicional de baterías recargables de hidruro de níquel o níquel-cadmio, las baterías de ion de litio cuentan con diversas ventajas: principalmente, se cargan en menos tiempo y tardan más tiempo en descargarse, pero además tienen una densidad de energía superior, no tienen efecto memoria y prácticamente no pierden carga cuando no se usan.
Cabe destacar que el funcionamiento de una batería de iones de litio admite realizar infinidad de ciclos, no requiere ningún mantenimiento especial y es reciclable. También hay quien considera que se trata de una tecnología de bajas emisiones y destaca también por su bajo peso. Igualmente, tienen una baja tasa de autodescarga. En el caso de las baterías de Ni-MH, esta autodescarga puede suponer más de un 20%. En el caso de las baterías de Ni-MH, la autodescarga puede suponer más del 20% mensual, pero en las de Li-ion es de menos de un 6% en ese mismo periodo.
Sin embargo, el empleo de baterías de iones de litio no está exento de inconvenientes, siendo su principal escollo el elevado precio. Aunque al principio fueron más costosas que las de Ni-Cd e igual que las de Ni-MH, el precio va descendiendo a medida que crece su penetración en el mercado. Otro inconveniente es que ofrecen un rendimiento inferior a las baterías de Ni-Cd o Ni-MH a bajas temperaturas, reduciendo su duración hasta en un 25%.
Aplicaciones para la industria
Las ventajas que proporcionan estas baterías permiten su uso en muchos y diferentes sectores. Así, las baterías de Li-Ion han permitido el avance del sector de coches eléctricos. El desarrollo y la creciente adopción de vehículos eléctricos e híbridos se debe en gran medida a la eficiencia y menor coste de estas baterías. El precio de la electricidad para que funcione un vehículo eléctrico es menor que el coste del combustible para motores de explosión. Además, cada vez más, proporcionan autonomía para viajes más largos.
En otros sectores, como en el de suministro de energía, realizan un importante papel, pues en instalaciones críticas, las baterías de un SAI (Sistema de Alimentación Ininterrumpida) lo protegen de la caída del suministro de electricidad.
También, en almacenamiento de energía solar, pues este tipo de baterías son las que mejor se adaptan a los paneles solares. Otros usos cada vez más importantes de las baterías de Li-Ion son en la electrónica de consumo y dispositivos móviles, o sanidad, donde realizan una importante función en sillas de ruedas eléctricas, salvaescaleras o prótesis motorizadas.
Baterías de Li-Ion en los centros de datos
Las baterías de Litio ofrecen una alternativa a VRLA, tradicionalmente usadas en los centros de datos, ya que funcionan a temperaturas mucho más altas, de hasta 55ºC. Además, las baterías de Litio suelen requerir un tercio del espacio físico que utilizan las baterías VRLA y pesan menos de una cuarta parte.
La gestión y seguridad de las baterías de Litio están cubiertas avaladas por la norma IEC62619 que se introdujo internacionalmente en los últimos años, muy relacionada específicamente con los sistemas de control en baterías industriales. Asimismo, suponen un ahorro de hasta el 50% en coste total de propiedad para los centros de datos y permiten ahorrar en espacio hasta un 70%. Al tener una vida útil de 10 a 15 años, elimina también el coste de reemplazar las baterías VRLA cada 3 o 5 años y erradica los costes de envío, transporte y mano de obra necesarios que lleva implícitos.
