Tecnología de baterías de polímero de iones de litio

La tecnología de las baterías de polímero de iones de litio ofrece una atractiva alternativa a las baterías de litio tradicionales, con potencial para proporcionar una mayor potencia específica y densidad energética, al tiempo que funciona con seguridad en un amplio rango de temperaturas sin que el desbordamiento térmico sea un problema.

Coste

Las baterías de polímero de litio ofrecen importantes ventajas económicas respecto a sus homólogas tradicionales de iones de litio, debido al uso de polímeros sólidos en lugar de electrolitos líquidos como fuentes de electrolitos, lo que elimina los disolventes inflamables a la vez que permite diseños de celdas más delgadas y elimina la formación de dendritas a temperaturas más altas.

Las baterías de polímero de litio constan de cuatro partes principales: electrodo positivo, electrodo negativo, separador y electrolito. El separador está formado por una película porosa de polietileno o polipropileno que separa los electrodos y permite que los iones de litio pasen libremente entre ellos.

Los electrolitos son sustancias utilizadas en las baterías para transportar iones de litio entre su ánodo y su cátodo, y pueden estar formados por diversos materiales. Lo más frecuente es una solución orgánica, aunque otras opciones, como los electrolitos poliméricos gelificados, ofrecen opciones viables en cuanto a rango de temperatura y estabilidad química.

El litio es un elemento con propiedades electroquímicas únicas y, por ello, constituye un candidato excelente para la tecnología de las baterías. Al ser uno de los metales más ligeros, con sólo 0,09 g/cm3 de densidad en comparación con otros elementos, el litio presume de una energía específica y una capacidad por gramo superiores a las de otros metales; además, actúa como un excelente conductor de electrones haciendo posibles baterías con mayor densidad energética.

En la última década, las empresas fabricantes de baterías se han esforzado por mejorar los procesos de fabricación para reducir los costes de producción. Según un estudio de BNEF, los costes de las baterías y las celdas ya rivalizan con los de los motores de combustión interna. Desgraciadamente, el precio de los materiales de las baterías sigue siendo un problema y podría aumentar debido a la creciente demanda de vehículos eléctricos.

Las baterías de polímero de iones de litio siguen reduciendo su precio a medida que disminuyen los costes de los materiales y se hacen más eficientes los procesos de producción. Los líderes del sector han optado por los cátodos de fosfato de litio y hierro (LiFePO4) como opción de cátodo de menor coste que es 32% más barata que el óxido de litio, níquel, manganeso y cobalto (NMC), más costoso. Además, los fabricantes de baterías utilizan técnicas de pretratamiento con microagujas para reducir los costes de la lámina metálica de Ni y nuevos electrolitos de copolímero en bloque con resistencia a la dendrita, manteniendo al mismo tiempo la seguridad de la célula.

Seguridad

Las baterías de polímero de litio son más eficientes y menos propensas al sobrecalentamiento que sus homólogas líquidas, además de más flexibles en su aplicación que éstas. Además, estas baterías de polímero de litio pueden almacenarse durante largos periodos sin perder carga, con bajas tasas de autodescarga. Debido a estas cualidades, las baterías de polímero de litio se han convertido en una opción muy popular para alimentar dispositivos electrónicos, bicicletas eléctricas y vehículos eléctricos; pero hay que tener cuidado al manipularlas para evitar incendios o explosiones; para hacerlo de forma segura, lo mejor es guardar las baterías en una bolsa o contenedor seguro cuando no se utilicen; inspeccionarlas regularmente para detectar signos de daños; si están dañadas, desecharlas inmediatamente y sustituirlas por otras nuevas.

Para evitar incendios, utilice siempre un cargador que haya sido aprobado por el fabricante de la batería para su uso con sus productos. Además, tenga siempre cerca un extintor de incendios seco por si empieza a producirse algún fuego. Por último, no coloque nunca las pilas o baterías de polímero de litio directamente bajo la luz del sol, ya que esto puede provocar un aumento de la temperatura y reacciones químicas que podrían desencadenar un incendio.

Las baterías de polímero de litio que se sobrecalientan pueden hacer que su electrolito se evapore y se inflame, lo que puede provocar un cortocircuito en sus celdas y una explosión que propague el fuego por las zonas cercanas. No merece la pena correr estos riesgos cuando pueden poner en peligro vidas y comunidades cercanas.

Las baterías de iones de litio plantean otros problemas de seguridad aparte del sobrecalentamiento. La contaminación con partículas metálicas microscópicas durante la fabricación podría crear un cortocircuito interno. Además, las lengüetas de carbono de los electrodos negativos podrían desprenderse e impedir la descarga. El material activo de los electrodos positivos podría desprenderse y bloquear los procesos de carga o descarga, respectivamente.

Para evitar posibles problemas, los usuarios deben comprar sólo baterías de polímero de litio de marca a vendedores y cargadores acreditados, y seguir todas las directrices de seguridad, incluidas las recomendaciones de polaridad y corriente de descarga máxima recomendadas por el fabricante. También deben leer la ficha de datos de seguridad de la batería para asegurarse de que se adapta sin problemas a su dispositivo o aplicación.

Vida útil

La vida útil de las baterías de polímero de litio varía considerablemente en función de varios factores, como su composición química, su diseño y la demanda de energía de los dispositivos que las utilizan. Las baterías de iones de litio ofrecen más potencia por menos coste, lo que las hace perfectas para dispositivos que requieren mucha energía, mientras que las baterías de polímero de litio ofrecen soluciones más seguras cuando se necesitan dispositivos delgados. Elegir la batería adecuada para su dispositivo es igual de crítico; su uso correcto es igualmente importante.

Para maximizar el rendimiento de tu batería, evita sobrecargarla y almacenarla a altas temperaturas, ya que ambas cosas pueden reducir considerablemente su vida útil. Evita también descargarla por completo, ya que podría dañar sus circuitos internos y acortar potencialmente su vida útil.

En general, la vida útil de las baterías se mide en términos de ciclos de carga y no de meses; por ejemplo, las baterías con una vida útil de 500 ciclos seguirán conservando aproximadamente 80% de su capacidad inicial después de 500 cargas.

Sin embargo, las condiciones ambientales como el almacenamiento, la velocidad de carga y la profundidad de descarga pueden acortar significativamente la vida útil de una batería. Las baterías de litio varían en su tamaño, diseño y química de los electrodos, lo que determina su vida útil; en general, las baterías de mayor calidad duran más.

La vida útil de las baterías de polímero de iones de litio puede verse muy afectada por la profundidad de descarga, la velocidad de carga, la temperatura y el aumento de la resistencia interna con el paso del tiempo: todos estos factores influyen en la pérdida de capacidad, así como en la degradación temprana del circuito.

Las baterías de polímero de litio presentan una expansión menos drástica cuando se sobrecargan que sus homólogas de iones de litio; su expansión también tiende a ser menos perceptible, y sus capacidades de ciclado tienden a superar a otras formas de tecnología de baterías de litio debido a su electrolito DEE exclusivo, que proporciona una excelente conductividad iónica entre los electrodos negativo y positivo para mejorar la fiabilidad y la capacidad de ciclado; además, estas celdas presentan revestimientos duraderos en sus electrodos para protegerlos de la abrasión y aumentar la longevidad y la seguridad, ¡creando baterías seguras adecuadas para una gran variedad de aplicaciones y dispositivos!

Cargando

Las baterías de polímero de litio pueden ser difíciles de cargar correctamente. Es crucial que los usuarios sigan las instrucciones del fabricante y utilicen un cargador eficiente para cargar correctamente estas pilas, y antes de usarlas deben estar completamente cargadas antes de que cualquier dispositivo las utilice. Su estructura interna es compleja, ya que la carga requiere atravesar varias interfaces, como la interfaz cátodo-electrolito, la rejilla del electrodo negativo y el electrolito. Las baterías de polímeros de litio pueden sobrecargarse, por lo que es fundamental controlar periódicamente sus niveles, ya que a veces puede producirse una sobrecarga.

Las baterías de polímero de litio suministran mayor voltaje y energía cuando están completamente cargadas, además de ser menos sensibles a los cambios de temperatura que otros tipos de baterías. También es posible recargar las baterías de polímero de litio varias veces sin que aumente su vida útil; sin embargo, la carga debe realizarse lentamente en un lugar cerrado, ya que una carga inadecuada puede provocar un desbordamiento térmico y causar incendios o explosiones.

Como parte del proceso de carga, los iones de litio pasan del electrodo positivo a un electrolito y luego al electrodo negativo compuesto de grafito. Con el tiempo, al acercarse al litio metálico, acaban liberándose de los enlaces del grafito y se convierten en dendritas que atraviesan el diafragma entre los electrodos positivo y negativo, provocando un cortocircuito.

Las baterías de polímero de iones de litio deben cargarse a 0,2 C o menos para garantizar unas condiciones de carga seguras. Deben cargarse durante al menos 30 minutos hasta que su corriente alcance su punto de saturación -típicamente 10% de su capacidad total- antes de alcanzar los 4,2 V por celda como tensión a la que debe finalizar la carga.

Una batería sobrecargada puede causar daños duraderos, ya que su velocidad de carga supera los procesos de intercalación y hace que queden demasiados iones en su superficie. En casos extremos, la sobrecarga puede incluso acelerar el envejecimiento de la batería.