Batería de litio

Introducción

Hoy en día todos somos usuarios y consumidores de baterías. Están en todas partes, están en variados artículos, desde juguetes hasta automóviles.

Todas las baterías no son iguales. Existen baterías "primarias", convencionales o alcalinas y se usan en múltiples aplicaciones, algunas tan vitales como la alimentación de marcapasos. Las baterías “secundarias” o recargables satisfacen necesidades muy distintas.

Actualmente existen dos tipos de baterías recargables que dominan el mercado: las baterías de plomo y las de niquel-cadmio.

Las baterías de plomo reinan en nuestros automóviles pero sólo destinadas a cubrir las necesidades de arranque, iluminación e ignición (no tienen suficiente energía para mover el coche).

Las baterías de níquel-cadmio a falta de mejores baterías, se emplean en artículos de electrónica de consumo como videocámaras y ordenadores o teléfonos móviles.

Cualquier usuario de estos artículos menciona la necesidad de mejorar estas baterías. Además de la necesidad de mejoras técnicas en las baterías actuales, los usuarios deben saber que los elementos que las componen son altamente contaminantes, especialmente el plomo y el cadmio, y que en el caso de este último, los procesos de reciclado no están bien establecidos. Sin embargo, la demanda del mercado de baterías recargables es previsible que siga creciendo tanto a corto como a medio plazo. Así, la búsqueda de baterías más ligeras y de mayor densidad de energía para el mercado de la electrónica de consumo es ya una necesidad urgente

Batería de litio

Una celda de litio es una celda galvánica primaria (desechable o no recargable) que tiene el ánodo de metal de litio o compuestos de litio. Se distinguen de otras baterías en su alta densidad de carga (larga vida) y el alto costo por unidad. Dependiendo de los compuestos de diseño y químicos utilizados, las células de litio pueden producir voltajes de 1,5 V (comparable a una batería de zinc-carbono o alcalina) a aproximadamente 3,7 V.

Por comparación, las baterías de iones de litio son baterías recargables en las cuales los iones de litio se mueven entre el ánodo y el cátodo, utilizando un compuesto de litio intercalado como material del electrodo, en lugar del litio metálico, utilizado en baterías de litio.

Las baterías de litio son ampliamente utilizadas en productos como los dispositivos electrónicos portátiles de consumo.

La batería de iones de litio, también denominada batería Li-Ion, es un dispositivo diseñado para almacenamiento de energía eléctrica que emplea como electrolito, una sal de litio que procura los iones necesarios para la reacción electroquímica reversible que tiene lugar entre el cátodo y el ánodo.

Las propiedades de las baterías de Li-ion, como la ligereza de sus componentes, su elevada capacidad energética y resistencia a la descarga, junto con el poco efecto memoria que sufren o su capacidad para funcionar con un elevado número de ciclos de regeneración, han permitido el diseño de acumuladores livianos, de pequeño tamaño y variadas formas, con un alto rendimiento, especialmente adaptados a las aplicaciones de la industria electrónica de gran consumo. Desde la primera comercialización de un acumulador basado en la tecnología Li-ion a principios de los años 1990, su uso se ha popularizado en aparatos como teléfonos móviles, agendas electrónicas, ordenadores portátiles y lectores de música.

Sin embargo, su rápida degradación y sensibilidad a las elevadas temperaturas, que pueden resultar en su destrucción por inflamación o incluso explosión, requieren en su configuración como producto de consumo, la inclusión de dispositivos adicionales de seguridad, resultando en un coste superior que ha limitado la extensión de su uso a otras aplicaciones.

A principios del siglo XXI, en el contexto de la creciente carestía de combustibles derivados del petróleo, la industria del automóvil anunció el desarrollo, proliferación y comercialización de vehículos con motores eléctricos basados en la tecnología de las baterías de iones de litio, con los que se pueda disminuir la dependencia energética de estas fuentes a la vez que se mantiene baja la emisión de gases contaminantes.

Historia Las baterías de litio fueron propuestas por primera vez por M.S. Whittingham, actualmente en la Universidad de Binghamton. Whittingham utilizó sulfuro de titanio (II) y metal de litio como electrodos.

En 1985, Akira Yoshino ensambló un prototipo de batería usando material carbonoso en el que se podían insertar los iones de litio como un electrodo y óxido de litio cobalto (LiCoO2), que es estable en el aire, como el otro. Al utilizar materiales sin litio metálico, se incrementó dramáticamente la seguridad sobre las baterías que utilizaban el litio metal. El uso de óxido de litio cobalto posibilitó que se pudiera alcanzar fácilmente la producción a escala industrial.

Este fue el nacimiento de la actual batería Li-ión.

Baterías modernas y comercialización En 1989, Goodenough y Arumugam Manthiram de la Universidad de Texas en Austin demostraron que los cátodos que contienen polianiones (ej., sulfatos), producen voltajes superiores que los óxidos debido al efecto inductivo del polianión.

En 1991, Sony y Asahi Kasei lanzaron la primera batería de Li-ión comercial.

En 1996, Goodenough, Akshaya Padhi y sus colaboradores identificaron el litio ión fosfato ([[LiFePO4 ]])[11] y otros fosfo-olivinos (fosfatos de litio metal con la misma estructura que el olivino mineral) como materiales catódicos.

En 2002, Yet-Ming Chiang[12] y su grupo del MIT mostraron una mejora sustancial en el rendimiento de las baterías de Li-ión aumentando la conductividad del material mediante dopado con aluminio, niobio y zirconio.

En 2004, Chiang de nuevo incrementó el rendimiento utilizando partículas de fosfato de hierro[13] de menos de 100 nanómetros de diámetro.

En 2011, las baterías de Li-ión supusieron el 66% de todas las baterías recargables en Japón.

Inconvenientes A pesar de todas sus ventajas, esta tecnología no es el sistema perfecto para el almacenaje de energía, pues tiene varios defectos, como pueden ser:

Duración media: depende de la cantidad de carga que almacenen, independientemente de su uso. Tienen una vida útil de unos 3 años o más si se almacenan con un 40% de su carga máxima (en realidad, cualquier batería, independientemente de su tecnología, si se almacena sin carga se deteriora. Basta con recordar el proceso de

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