Baterías de iones de litio están a nuestro alrededor, manteniendo nuestros dispositivos y automóviles en funcionamiento. Son como los pequeños motores que impulsan nuestro mundo. Pero, ¿qué hay dentro de ellos y qué los hace funcionar? Echemos un vistazo.
What is a lithium-ion battery?
Las baterías de iones de litio son como pequeñas fábricas de energía. Utilizan iones de litio para generar electricidad.
Imagine estos iones como mensajeros que transportan energía entre dos partes de la batería. En el interior, un separador garantiza que los iones de litio puedan moverse entre los lados mientras bloquea los electrones.
Al cargar, los iones viajan del lado positivo al negativo, almacenando energía. Durante la descarga, los iones regresan al lado positivo, suministrando energía. Este movimiento de ida y vuelta de los iones de litio crea un voltaje que empuja los electrones a través del dispositivo conectado y lo alimenta.
Lithium-ion battery vs. lithium-ion cell
Hablemos de la diferencia entre una batería de iones de litio y una celda de iones de litio.
Una batería de iones de litio es como un equipo de corredores, donde cada celda de iones de litio es uno de esos corredores. El equipo necesita que todos los corredores trabajen juntos para ser fuertes.
Cada una de estas celdas tiene su propio voltaje. Por ejemplo, el voltaje de una celda de fosfato de hierro y litio oscila entre 3,2 y 3,8 voltios. Para alimentar dispositivos más grandes, podemos combinar varias celdas para crear una batería de mayor voltaje, como 12, 24 o 48 voltios. Alineando celdas en serie suma sus voltajes.
Las células también se pueden conectar en paralelo. Esto combina su capacidad, por lo que dos celdas paralelas duran aproximadamente el doble que una.
What’s inside a lithium-ion battery?
Una batería de litio contiene múltiples celdas de iones de litio conectadas en serie y en paralelo, junto con cables de conexión y un sistema de gestión de batería (BMS).
El BMS monitorea el estado y la temperatura de la batería. Además, puede equilibrar la energía en todas las celdas durante cada carga completa para maximizar la vida útil y el rendimiento de la batería.
What’s inside a lithium-ion cell?
El interior de una sola celda de iones de litio es bastante sencillo. Consta de cuatro componentes clave: el ánodo, el cátodo, un electrolito y un separador. Estos componentes trabajan juntos sin problemas para almacenar y liberar energía según sea necesario.
Anode and cathode
At the core of a lithium-ion cell are the two electrodes – the anode and the cathode. These play a key role in the battery’s energy storage and release capabilities.
El electrodo negativo, conocido como ánodo, suele estar hecho de grafito. Durante el proceso de carga, los iones de litio migran desde el cátodo, a través del separador, y se almacenan en el ánodo. Cuando la batería está en uso y descargándose, los iones de litio regresan del ánodo al cátodo.
Por otro lado, el electrodo positivo, o cátodo, suele estar compuesto de óxidos metálicos a base de litio. Los materiales catódicos comunes incluyen óxido de litio y cobalto (LCO), fosfato de litio y hierro (LFP) y óxido de litio y manganeso (LMO). Cada una de estas químicas ofrece sus propias ventajas únicas en términos de densidad de energía, seguridad y ciclo de vida.
Por ejemplo, las células basadas en LCO tienden a tener mayores densidades de energía, lo que las convierte en una opción popular para teléfonos inteligentes y portátiles. Las celdas LFP, por otro lado, son conocidas por su seguridad superior y su largo ciclo de vida, lo que las convierte en la opción preferida para los vehículos eléctricos. Las células OVM logran un equilibrio entre densidad de energía y rentabilidad.
Electrólito
El electrolito facilita el flujo de iones de litio entre el ánodo y el cátodo durante la carga y descarga.
El electrolito más común En una celda de iones de litio se utiliza una sal de litio, típicamente hexafluorofosfato de litio (LiPF6), disuelta en un disolvente orgánico. Esta sal de litio proporciona el medio necesario para que los iones de litio se muevan libremente entre los dos electrodos.
Durante la carga, los iones de litio se extraen del cátodo y migran a través del electrolito para almacenarse en el ánodo. Cuando la batería está en uso y descargándose, el proceso se invierte, y los iones de litio regresan del ánodo al cátodo, generando la corriente eléctrica necesaria.
Separador
El separador se encuentra entre el ánodo y el cátodo. Este material delgado permite el paso de los iones de litio pero detiene la conducción eléctrica, lo que obliga a los electrones a fluir a través del dispositivo.
El separador también desempeña un papel de seguridad. – si se sobrecalienta, sus poros se cierran, detener el transporte de iones de litio y apagar la celda de la batería para evitar daños o incendios.
Conclusión
A lithium-ion battery looks simple from the outside, but a closer look reveals many different components.
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