Baterias de Litio


Baterías de ión litio, las bondades de una tecnología
en el corazón de miles de aplicaciones

Las baterías de ión litio se han convertido en aplicaciones muy populares de una nueva tecnología que se implanta rápidamente en los medios electrónicos de nuestro entorno doméstico y laboral. Ordenadores portátiles, teléfonos móviles, iPods, PDA , herramientas eléctricas se surten de un sistema de acumulación de energía más fiable, con mucha más capacidad. Las baterías de ión litio son el futuro y han llegado para quedarse con nosotros.



Una tecnología que está empezando a mover los vehículos eléctricos e híbridos, que hace sonar los dispositivos de reproducción musical, que mueve bicicletas como motos, que permite mantener conversaciones telefónicas con cargas que se cuentan por días o desplazar satélites artificiales en sus órbitas de estacionamiento.

Las bondades de las baterías de ión litio están relacionadas con una reducción del peso de los dispositivos por unidad. Las baterías de ión litio son más ligeras que sus equivalentes de níquel cadmio o de níquel hidruro, por ejemplo. Y es que los electrodos de las baterías de ión litio de este metal y de carbono son mucho más ligeros, además, el litio es un metal muy reactivo. Existe una gran cantidad de energía potencial almacenada en sus enlaces atómicos, mucha cantidad de energía en muy poco espacio.

Un dato revelador. Mientras que una batería de ión litio es capaz de almacenar del orden de 150 vatios hora de electricidad por kilogramo de peso de la batería, una pila ordinaria de metal de níquel hidruro sólo llega a acoger 100 vatios hora para la misma relación de peso, aunque la configuración más habitual de estas últimas baterías sólo proporcionan entre 60 y 70 vatios. Menos de la mitad de las capacidades de una batería de ión litio. Las llamadas baterías ácidas de plomo apenas pueden guardar 25 vatios por hora por kilogramo de peso. Seis veces menos que una de ión litio.

 

Pero aún hay más bondades en esta nueva tecnología ya en uso en las baterías. Una batería de ión litio puede perder, en el peor de los casos, un 5% de su energía acumulada, una de níquel hidruro puede disipar nada menos que un veinte por ciento si no se recarga. Además, las baterías de ión litio no tienen lo que se denomina como efecto memoria.

Un problema que afecta a las baterías corrientes y que consiste en que, si no se han descargado completamente, sólo podrán recargarse hasta un límite, la diferencia entre la energía que faltaba con cargar y la que había antes de ponerse la batería nuevamente en carga. En la práctica, las baterías corrientes hay que descargarlas, las de ión litio no.

Pero las bondades de las baterías de ión litio aún dan para más, pueden soportar cientos y cientos de ciclos de carga y descarga sin que se vea afectado su rendimiento,Un ejemplo son las baterías de los cigarros electrónicos ; uno de los inconvenientes más comunes de las baterías corrientes que aún siguen teniendo una presencia importante en el mercado, y que hacen de las pilas de níquel cadmio o a las de níquel hidruro malos competidores para esta nueva tecnología que no ha hecho más de dar los primeros pasos.

Pero las baterías de ión litio también tienen sus inconvenientes. Inconvenientes para los que la misma industria que las fabrica ha puesto todos sus medios para solventarlos con gran imaginación y, en algunos casos, gran simpleza.

Veamos algunos casos. A los fabricantes de las baterías de ión litio se les echa en cara que sus pilas sólo pueden durar, sólo pueden usarse por un tiempo limitado. Las baterías de coche, por ejemplo, dos o tres años. Es cierto, pero la respuesta que han encontrado los fabricantes para que los stocks de baterías de los distribuidores no se vean afectados por las pérdidas de energía en los almacenes es algo tan sencillo como dar al punto de venta todas las instrucciones para poner en régimen de uso a la batería in situ.

Los fabricantes de baterías para coches están entregando los acumuladores sin los líquidos necesarios para su uso. Éstos vienen en bolsas separadas y etiquetadas, junto a los elementos y el bloque de la batería. El vendedor o el instalador entrega la batería de ión litio o la coloca y el tiempo de uso comienza en ese momento. Además, las baterías de coches de ión litio se sellan y, después de incorporarle los líquidos, no necesitan mantenimiento en todo su ciclo de vida.


     


Otro de los factores que se consideran que afectan al rendimiento de las baterías de ión litio es el efecto de las temperaturas elevadas que reduce la energía acumulada por la batería. Los fabricantes han descubierto que el empleo de otros materiales en la carcasa del dispositivo, en las láminas productoras de energía de su interior o la utilización de una combinación diferente de metales o aleaciones junto al de litio minimiza en gran medida o anula la posibilidad de descarga no deseada por efecto del calor ambiente y del habitaculo del motor.

Uno de las cuestiones que también hacen dudar a los usuarios sobre el valor de la tecnología de ión litio para las baterías es consecuencia del comentario anterior, la posibilidad de que se descargue de forma no prevista por efecto de anormales temperaturas. Los fabricantes ofrecen dispositivos de control de serie sobre el mismo acumulador que permiten ver, en todo momento, los niveles de carga.

Y sobre la posibilidad de que las baterías exploten o se incendien, este riesgo es tan bajo como el de cualquier otro tipo de acumuladores, se trata de leyendas urbanas azuzadas muy probablemente por la fuerte competencia en un sector donde ha irrumpido una nueva tecnología que, de forma fulgurante, se está haciendo con una parte importante del pastel de las ventas y del éxito que es consecuencia de la satisfacción de unos clientes que aplican las bondades de las baterías de ión litio a todo tipo de ingenios mecánicos.

Dispositivos que funcionan con unas baterías de ión litio que están en el corazón de sus mecanismos, baterías que son todo bondades.

Las baterias de litio son utilizadas desde hace hace años en todos los telefonos moviles y aparatos electronicos como ordenadores portatiles, por su durabilidad frente a las tradicionales baterias de cadmio.

Las baterias de litio utilizan una sal de litio como electrolito para almacenar energia electrica.

Las baterias de litio se caracterizan por su elevada resistencia a las descargas de baterias cuando estas no son utilizadas durante un prolongado espacio de tiempo.A esto se le denomina "efecto memoria".

Estas baterias denominadas tambien , baterias  de Li-on , sufren  mas a altas temperaturas y en algunos casos han sido descritas explosiones de baterias en telefonos moviles.

En la actualidad las empresas tecnologicas de fabricacion de baterias estan desarrollando baterias de litio de mas potencia y durabilidad para ser utilizadas en vehiculos de propulsion  como automoviles o autobuses.

El mayor uso como ya dijimos antes de este elemento reside en la producción de baterías de litio, las cuales tienen numerosas ventajas en comparación con cualquier otra como pueden ser:

Tienen mayor capacidad de almacenamiento, por lo que esto ha sido una ventaja en la creación de aparatos modernos como pueden ser (mp3, móviles…) que han podido reducir su tamaño de forma considerable al igual que su peso que también ha sido reducido, lo que ha dado aparatos electrónicos modernos con un peso inferior a los 100g.

No tienen el denominado efecto memoria, que consiste en la perdida de capacidad almacenadora, ya que si no se recargan cuando se han agotado del todo pierden parte de esta. Por lo tanto aunque las recargues al máximo nunca consigues llenarlas del todo.
Si se desea se pueden descargar del todo en poco tiempo, o si por el contrario se encuentran en un aparato que apenas usamos, estas van perdiendo con el tiempo parte de su carga (como cualquier otra batería) pero con una velocidad mucho menor(hasta 3 veces menos)
.


Por el contrario tienen otros inconvenientes, algunos de ellos son:

Trabajan mejor en temperaturas que ondulan entre los 15/25 ºC ya que si lo sobrepasan rinden peor.

Duración de la batería inferior.

Tienen una vida útil también inferior que ronda las 600 recargas o un máximo de 4 años.

Son bastante más caras de fabricar.

Si trabajan a temperaturas elevadas pues pueden llegar a explotar.

En definitiva, las pilas/baterías de ión-litio tienen más ventajas que inconvenientes por lo que han sido las sustitutas de las de cadmio y plomo.

Las nuevas tecnologías, están llevando las baterías a tener la fuerza necesaria cómo para mover un coche. Por esto se están creando coches que de momento mezclan la tecnología de la gasolina con la eléctrica. Lo que está dando unos resultados que asustan, ya que se podría reducir las emisiones de CO2 un 70%, lo que para la gente de medio ambiente supone una reducción muy importante. Éstas han diseñadas para vehículos híbridos y eléctricos, que alcanzan una mayor autonomía y se recargan más rápidamente. La empresa desarrolladora y que ahora mismo tiene la patente es QinetiQ.
Los vehículos del futuro se espera que lleven esta tecnología por completo ya que hasta el momento tan sólo se usan para velocidades inferiores a los 60km/h, y a partir de ahí tiene que funcionar el motor de combustión como cualquier otro coche. Además tienen una autonomía realmente pequeña que no sobrepasa las 5h teniendo un tiempo de recarga realmente alto
.


 


Estos coches se cargan o a la corriente eléctrica (enchufes normales con un cable especial que va unido a la batería) y se espera que en los próximos años en las gasolineras se tengan enchufes especializados(con una velocidad de transferencia mucho mayor) para dicha recarga.



Las baterías de ión litio en la estela de las aplicaciones de los nuevos materiales

Las baterías de ión litio son un tipo de acumuladores de energía que se emplean, por el momento, sólo para pequeños consumos y que trabajan con el rendimiento de la física simple de los iones del metal.

La tecnología que se aplica en los desarrollos actuales de este sistema de almacenamiento de energía no se puede entender si no se observa con perspectiva la explosión que, en los últimos años, se ha producido alrededor de las técnicas y en la aplicación de los nuevos materiales y sus aleaciones.

Nuevas y viejas aleaciones metálicas cobran vida en esta naciente industria. Utilidades aupadas por la nanotecnología, perspectivas diferentes para la aplicaciones de los componentes minerales, que han surgido de cambios en los modelos de extracción y en las nuevas fórmulas de refino en minas y yacimientos. Todos estos factores están en la base de la revolución del ión litio.

                    


Si la técnica y la tecnología han complicado la perspectiva con respecto las aplicaciones del ión litio, la física de las baterías, en cambio, es muy sencilla. En las baterías de litio, los iones de litio se mueven entre ánodos y cátodos. Los iones de litio se mueven desde el ánodo al cátodo durante los momentos de descarga y, a la inversa, desde el cátodo al ánodo en los periodos de carga.

Las baterías de litio son ahora las más populares de entre la electrónica de acumuladores portables, porque presentan una de las mejores relaciones entre peso y generación de energía, además de no tener el llamado efecto memoria de muchas baterías que reduce sensiblemente su rendimiento.

Los tres elementos básicos del funcionamiento de las baterías de ión litio son el ánodo, el cátodo y el electrolito que pueden componerse en diferentes materiales, según el uso que se le vaya a dar a la batería. El ánodo suele estar hecho de grafto, que ha reemplazado al de los primeros modelos elaborados en disulfuro de titanio.

El cátodo, por su parte, se fabrica hoy en óxido de cobalto o en óxido de manganeso. Aunque la combinación del empleo de materiales, siempre dependerá del material del que estén fabricados cada uno de los componentes básicos, de la vida de la batería, del voltaje y de los de la propia estructura exterior del equipamiento
.

Los primeros prototipos de baterías de litio fueron desarrollados en los años setenta por la firma Exxon, empleándose sulfuro de titanio para el cátodo y metal de litio para el ánodo.

Sin embargo, el verdadero rendimiento práctico de las baterías de litio comenzó a gestarse con las implementaciones de los Laboratorios Bell que desarrolló un ánodo de grafito como alternativa más eficiente al metal de litio. La primera batería comercial con estos nuevos añadidos, y con un rendimiento que hacía a estos acumuladores verdaderamente competitivos, llegó con la de cobalto de litio de Sony en 1991


En 1983, Michael Thackeray y su equipo de trabajo ya habían identificado al manganeso y al rubí sintético como materiales para el cátodo, porque tenían buena conductividad, porque eran baratos y porque su estructura interna les proporcionaba una buena estabilidad para su empleo en los acumuladores de la próxima generación. El inconveniente de este sistema era que el rubí sintético se descomponía al cubrir un ciclo de uso, algo que se ha corregido en las producciones posteriores.

Algún tiempo después, en 1989, Arumugam Manthiram y John Goodenough de la Universidad de Tejas, en Austin, protagonizaron un nuevo avance en las incipientes baterías de litio al incorporar los llamados cátodos de polyyanions, que pudieron admitir voltajes más elevados gracias a la capacidad y al efecto de inducción del nuevo material
.

Tras ésto, en 1996, el equipo de Goodenough descubrieron la utilidad electroquímica del material del fosfato del hierro del litio, LiFePO4. Un material importante en el desarrollo de esta tecnología que aportó seguridad a las baterías y que se utilizan, sobre todo, en teléfonos móviles o en relojes digitales.

Las ventajas de las baterías de ión litio saltan a la vista sólo con observar cuadros estadísticos de sus rendimientos bajo condiciones comunes y extremas. Así, una batería de ión litio que opere durante un ciclo de vida de un año a una temperatura de apenas cero grados sólo pierde el 6% de su carga del !00%, o lo que es lo mismo, conserva el 94% en esas condiciones extremas.

A 60 grados centígrados, cuando en otras muchas baterías corrientes la evaporación se ha llevado sus líquidos necesarios para reproducir la energía acumulada, las baterías de ión litio aún pueden conservar el 60% de su carga eléctrica después de tres meses de empleo intenso también en esas condiciones extremas.

Y si la carga es menor, de apenas el 40%, la batería aún conservará el 75% de su carga tras un año de uso a 60 grados. O lo que es lo mismo, en torno a un 30% de toda la carga posible del equipo. Todo un récord que deja muy atrás a las baterías convencionales, aún las de mayor rendimiento
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