Explicación de las baterías de litio: Iones de litio frente a litio frente a polímero de litio

No todas las baterías de litio son iguales.

El término batería de litio se puede usar para describir varios tipos de tecnologías de litio, y todas se comportan de manera diferente. Las baterías de litio pueden tener diferentes voltajes, diferente energía específica y características, e incluso diferentes reacciones cuando se dañan.

Cuando vea las palabras ion de litio, puede referirse a uno de una docena de tipos distintos, cada uno con su propio voltaje específico, densidad de energía y seguridad. Aparecen más tipos todos los días porque los científicos y los fabricantes de baterías aún están explorando lo que es posible.

Una persona que estudia la frontera de las baterías de litio es Dan McMartin, un experto en baterías que supervisa el equipo de calidad en Interstate All Battery Center.

A menudo es el primero en ver las novedades en el mundo de las baterías de litio.

“Estamos al principio de una época muy emocionante. Se está haciendo muchísimo trabajo para fomentar avances rápidos en las celdas de litio que están ayudando a evolucionar continuamente el mundo del litio”, dijo McMartin.

McMartin dijo que normalmente se encuentra con dos conceptos erróneos comunes sobre las baterías de litio: Que todas son iguales y que son peligrosas.

“He sido un admirador de las baterías de litio durante innumerables años”, dijo. “Me encantan los beneficios y la flexibilidad que las acompañan, como la capacidad de cargar y descargar más rápidamente. Me encanta el hecho de que puede cargarlas a la mitad o parcialmente y, aun así, experimentar toda su energía”.

La verdad es que todas son diferentes, y algunas son más seguras que otras.

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¿Cuál es la diferencia entre las baterías de iones de litio, de polímero de litio y de litio?

El término litio por sí solo generalmente se refiere a baterías primarias no recargables. Se utilizan en relojes, detectores de humo, audífonos, marcapasos, llaveros y otros dispositivos electrónicos pequeños de energía relativamente baja. También se le llama batería de metal de litio. Esta categoría de litio incluye composiciones químicas como:

• Dióxido de manganeso y litio
• Cloruro de tionilo de litio
• Monofluoruro de policarbono de litio

El otro tipo popular es el alcalino. Estas baterías de litio superarán a las baterías alcalinas debido a su densidad de energía. El litio ofrece más energía por celda que el alcalino y puede tener una vida útil más larga que las baterías alcalinas. La vida útil normal de las alcalinas es de siete años, mientras que las baterías de metal de litio pueden durar hasta 10 años si usted consume un poco de energía de ellas periódicamente.

El ion de litio se refiere a las baterías recargables, también llamadas baterías secundarias. El polímero de litio es otro tipo de ion de litio, y utiliza un gel en lugar de un electrolito líquido. Estas son comunes en dispositivos que necesitan más energía a pedido, como teléfonos, computadoras portátiles, arrancadores, herramientas eléctricas, vehículos eléctricos, instrumentos médicos, etc. Una amplia variedad entra en la categoría de iones de litio:

• Litio níquel manganeso cobalto
• Litio níquel cobalto aluminio
• Fosfato de litio y hierro
• Óxido de cobalto y litio
• Óxido de manganeso y litio
• Titanato de litio

“Honestamente, el litio es esencialmente un término genérico. Es sólo el identificador o nombre que la gente usa para una amplia categoría de baterías”, dijo McMartin.

Agregar nuevos elementos cambia la batería. Los científicos pueden aumentar la densidad de energía de la batería. También pueden mejorar su funcionamiento en temperaturas extremas.

Y lo más importante, pueden aumentar su seguridad.

Una de las baterías de litio más populares en teléfonos y tabletas es la de óxido de cobalto y litio. Si bien ofrece mucha energía a demanda, también puede ser volátil si se perfora, dijo McMartin. Otros peligros incluyen intentar cargar litio por debajo de las temperaturas de congelación. Hacerlo puede crear dendritas de litio, una aguja delgada de litio que perfora el separador y hace cortocircuito a la batería.

Esa es una de las razones por las que los fabricantes de batería equipan baterías de litio con sistemas de administración de batería. Estos circuitos controlan la seguridad y el rendimiento del paquete de baterías.

“Estas son baterías inteligentes. No es sólo una caja de voltios y amperios”, dijo McMartin. “Ahora básicamente tenemos una computadora sobre una batería que le dice a ese paquete de pilas qué hacer”.

Los sistemas de administración de baterías cortarán la conexión en un microsegundo si detectan un cortocircuito, temperaturas demasiado frías o demasiado calientes, o incluso si están sujetos a un voltaje o corriente inadecuados. Ese sistema hace que las baterías de litio sean más seguras de manipular en general.

Otra condición que afecta el nivel de seguridad de ciertos tipos de baterías de litio depende de qué tan estrecho sea el enlace que se forma entre las moléculas de oxígeno y sus otros elementos dentro del material activo si la celda experimentara un evento térmico.

El tipo de batería de iones de litio más común es el de litio, níquel, manganeso y cobalto. El cobalto tiene un enlace débil con el oxígeno. Eso lo convierte en un peligro potencial. Los científicos pueden usar otros elementos en lugar del cobalto para fabricar baterías más seguras. Uno de los más seguros es el fosfato de hierro y litio.

“El enlace entre las moléculas de fosfato y oxígeno es muy estrecho, lo que la convierte en un tipo de celda de litio extremadamente estable”, dijo. “Usted necesitaría superar los 500 F para lograr que se separen. En ese sentido, es un producto mucho más seguro”.

Esa es otra de las razones por las que los expertos de Interstate Batteries eligieron el fosfato de hierro y litio para sus baterías de golf y marinas/para RV (autocaravanas).

Power Beyond Compare^™: Beneficios del fosfato de hierro y litio que impulsan las baterías marinas, para RV y vehículos de golf

Los motores de arrastre, las comidas al aire libre en campamentos y los viajes por el vecindario están a punto de volverse más potentes, sentirse mucho más livianos y durar mucho más tiempo—gracias a las nuevas baterías de litio de Interstate Batteries.

Las baterías de litio cambian las reglas del juego para las baterías de ciclo profundo. Es la energía de las baterías de fosfato de hierro y litio (también conocidas como LiFePO4) con terminales y voltajes compatibles con botes, RV y carros de golf.

La densidad de energía es la mayor ventaja del litio. Ofrece más amperios por libra de batería que otras baterías de ciclo profundo. En promedio, las baterías de litio pesan una cuarta parte de lo que pesa una batería de ácido-plomo, al tiempo que ofrecen justo el mismo amperaje y una vida útil mucho más larga.

Esa densidad de energía vale la pena para los propietarios de botes con la batería marina de litio de Interstate, especialmente para los pescadores competitivos.

Las baterías marinas de litio vienen en tamaños de 12 voltios, 24 voltios y 36 voltios, lo que significa que los pescadores pueden reemplazar un banco de tres o cuatro baterías de ciclo profundo con una batería marina de litio de 36 voltios que pesa menos y dura más.

“Supongamos que necesito ir del punto A al punto B rápidamente”, dijo J.D. Felts, gerente sénior de productos de Interstate Batteries. “Con estas, puedo reducir el peso de la carga de 200 a 300 libras. Incluso si me ahorra 20 segundos de mi tiempo, eso es más tiempo, y los profesionales buscan cualquier ventaja que puedan obtener en el agua”.

Felts es uno de los líderes que guía el desarrollo de las baterías de litio de Interstate, trabajando codo a codo con McMartin. Él ha sido parte del legado de Interstate Batteries durante más de una década, combinando el amor por el aire libre con la experiencia en baterías. Para él, la tranquilidad que brindan nuestras baterías es uno de los mayores beneficios.

La liviana batería de litio de 12 voltios también aligera la carga mental para el propietario de un vehículo recreativo. La mayoría de las casas rodantes y remolques de viaje usan baterías marinas/para RV para las cargas de la casa, lo que da potencia a la cocina, la iluminación y los dispositivos electrónicos. Dicho esto, los propietarios de vehículos recreativos pasan mucho tiempo calculando el peso de remolque para ver cuánto pueden llevar antes de que se vuelva demasiado pesado. Cientos de libras de baterías de ácido-plomo podrían ser reemplazadas por un par de baterías de litio. Eso significa que los propietarios de vehículos recreativos pueden obtener un mejor rendimiento de la gasolina o llevar más comodidades del hogar al aire libre.

El mayor beneficio puede ser su largo tiempo de funcionamiento.

Tener más energía por carga ayuda, ya sea en un remolque de viaje, un motor de arrastre o incluso un carro de golf.

“Usted puede obtener tiempos de funcionamiento más largos, más millas por carga. Los gerentes de los campos de golf piensan en cuántas rondas de golf puedo obtener de esto antes de que necesite detenerse y recargarse”, dijo Felts. “La mayoría de los gerentes de los campos esperan obtener dos rondas completas de golf antes de tener que recargar durante ocho horas. Estas se recargan hasta tres veces más rápido. Eso significa que usted no necesita tener 50 carros inactivos de ocho a 10 horas al día”.

Eso es mucho más tiempo jugando al golf y mucho menos tiempo jugando con los cables del carro de golf.

El beneficio más importante de las baterías de litio es lo que Felts y McMartin llamaron una tasa de descarga plana.

Piense en cómo funciona la batería de su teléfono inteligente. Usted puede descargar un teléfono hasta el 50 %, y el teléfono no actuará de manera diferente que cuando estaba al 100 %. El procesador no se ralentizará. La pantalla táctil no se retrasará incluso si su batería está al 50 %. Esa es una tasa de descarga plana.

Las baterías de ácido-plomo dan notablemente menos energía si están cargadas a menos del 75 %.

“Si no tengo carga en una batería de ácido-plomo, la curva de descarga cae como una cascada muy rápidamente”, dijo McMartin. “Si la pongo en un motor de arrastre y lo hago funcionar todo el día, ese motor comenzará a atascarse. "Eso no lo obtiene con el litio".

Eso significa que usted puede descargar la batería de litio del motor de arrastre o la batería de su carro de golf, recargarla en una hora y aun así disfrutar de un día completo de juego sin preocuparse.

Además de eso, las baterías marinas de litio y las baterías para carro de golf se recargan más rápido que las baterías de ácido-plomo. Con el cargador adecuado, pueden volver al 100 % en sólo una hora.

Las baterías de fosfato de hierro y litio también cuentan con una larga vida útil. Felts dijo que es posible que estas nuevas baterías de litio duren de cinco a 10 años más si se manejan bien. McMartin ofreció un par de consejos importantes para aprovechar al máximo su batería de litio:

• Manténgala cargada entre un 30 % y un 80 %.
• Utilice únicamente el cargador de batería adecuado.

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¿Cómo se recargan las baterías de litio de Interstate?

Use un cargador de batería con un perfil de carga de litio, como el cargador PS Series de PRO Charging Systems, al recargar las nuevas baterías de litio de Interstate. McMartin recomienda un cargador con una configuración para litio o uno etiquetado para baterías de litio. Busque una configuración marcada como “Li”.

No use un cargador diseñado sólo para baterías de ácido-plomo de 12 voltios. Las baterías de litio y de ácido-plomo deben cargarse de maneras completamente diferentes. Las baterías de ácido-plomo prefieren una carga baja y lenta, pero las de litio pueden recibir más corriente a la vez. En lugar de aceptar sólo una décima parte de su capacidad en una hora como las baterías de ácido-plomo, las baterías de litio pueden recibir su capacidad total en una hora.

Además, el sistema de gestión de la batería en cada batería de litio también hace que la recarga sea más segura. Por ejemplo, a las baterías de litio no les favorece la carga por goteo. Cuando una batería de litio alcanza el 100 % de carga, su sistema de gestión de la batería integrado rechaza recibir más energía. Si el voltaje de carga o el amperaje no son del todo correctos, el sistema rechaza la energía. Eso lo protege a usted y también a la batería.

A su vez, esa protección también evita que el alternador de su vehículo recreativo dañe la batería de litio del vehículo recreativo, dijo Jeff Barron, experto en electrónica automotriz de Interstate Batteries. Aunque está diseñado para ofrecer algo de energía a las típicas baterías de ácido-plomo de 12 voltios, su alternador no es un cargador de batería.

Barra colectora, el accesorio anónimo de las baterías de fosfato de hierro y litio de Interstate

Si usted tiene un bote o un RV, hay otro accesorio que los propietarios de baterías LiFePO4 deberían considerar adquirir: barras colectoras.

Las barras colectoras son varillas de metal delgadas que hacen el trabajo de los cables de la batería con una mejor conductividad y conexiones más limpias y seguras. La varilla tiene dos orificios para los bornes de la batería. Asegurar dos o tres baterías con barras colectoras crea un banco de baterías más resistente.

Debido a que las varillas son más gruesas que la mayoría de los cables, la transmisión de energía es más eficiente. Los cables de calibre delgado y las pinzas de cocodrilo pueden calentarse a medida que usted consume amperios, convirtiendo la electricidad en calor en lugar de lo que necesita. Por lo tanto, si está utilizando un motor de arrastre o haciendo una parrillada, es posible que sus baterías no duren tanto.

Las barras colectoras son lo suficientemente gruesas como para soportar más amperios. Eso es especialmente importante cuando se trabaja con un banco de baterías de fosfato de hierro y litio. Las baterías LiFePO4 pueden dar y recibir cargas de amperaje alto. Para aprovecharlas al máximo, usted necesita conexiones diseñadas para soportar esa carga.

McMartin dijo que su equipo diseñó su barra colectora para tener una mejor conductividad que otras que usan aluminio. Las barras colectoras de Interstate Batteries usan cobre con revestimiento de níquel. El cobre actúa como un mejor conductor, mientras que el níquel lo protege del medio ambiente, como el aire salino corrosivo.

Las barras colectoras también resuelven un problema que afecta a la mayoría de las configuraciones de bancos de baterías: Los cables desequilibrados. Los cables tienen sus propios problemas de resistencia interna, ocupan más espacio alrededor de las baterías y tienen una mala transferencia de energía que descarga las baterías. Si usted usa cables de diferentes longitudes para conectar baterías en serie, ese desequilibrio agregará nuevos problemas. Si un cable es mucho más largo que el otro, usted está reduciendo efectivamente la cantidad de energía que puede obtener del banco de baterías. Las barras colectoras vienen en longitudes fijas para una conexión segura y equilibrada.

¿Cuál es el futuro de las baterías de litio?

Con la nueva tecnología que surge cada año, ¿qué sigue?

“Probablemente usted haya oído hablar de ello. La más grande y popular que la gente conoce es la de estado sólido”, dijo McMartin. “Tienen problemas para producirla en masa. Algunas empresas dicen que han descifrado el código, pero no he visto el producto en el mercado”.

Las baterías de estado sólido reciben su nombre porque, a diferencia de todas las demás baterías, casi no tienen separación entre ambas polaridades. Las baterías de ácido-plomo, las baterías de iones de litio e incluso las baterías alcalinas tienen un tercer material entre el ánodo y el cátodo. Las baterías de estado sólido sólo tendrían una capa de material de nanómetros de espesor a través de la cual los iones podrían saltar libremente. Sin embargo, esa tecnología para lograrlo aún no está disponible.

McMartin también ha visto posibilidades potentes que van desde las baterías de litio-azufre hasta las de litio-aluminio y las de iones de sodio. Ha visto equipos desarrollando alternativas. El objetivo detrás de cada innovación es encontrar una batería que sea más segura y dure más.

Las posibilidades son tan potentes como un rayo.

Y se necesita una marca poderosa como Interstate Batteries para atraparla en una botella. O en una batería.