La r\u00e1pida expansi\u00f3n de los veh\u00edculos el\u00e9ctricos ha aumentado la demanda de materias primas para fabricar bater\u00edas de litio, lo que obliga a extraerlas de minerales v\u00edrgenes.<\/p>\n
Los productos qu\u00edmicos de las bater\u00edas de litio difieren en cuanto a la cantidad de energ\u00eda que pueden almacenar y el n\u00famero de veces que pueden recargarse, por lo que es crucial elegir una para su aplicaci\u00f3n concreta.<\/p>\n
Las bater\u00edas de iones de litio se han convertido r\u00e1pidamente en una de las tecnolog\u00edas m\u00e1s utilizadas en electr\u00f3nica de consumo, como tel\u00e9fonos m\u00f3viles y ordenadores port\u00e1tiles. Su alta densidad energ\u00e9tica permite almacenar una mayor cantidad de energ\u00eda en espacios m\u00e1s reducidos que con las tecnolog\u00edas de bater\u00edas tradicionales.<\/p>\n
Las bater\u00edas de iones de litio tambi\u00e9n pueden utilizarse de forma segura si se hace dentro de unas pautas de seguridad espec\u00edficas. Aunque su riesgo de incendio es menor que el de las bater\u00edas de litio-metal, una manipulaci\u00f3n inadecuada podr\u00eda seguir entra\u00f1ando peligros.<\/p>\n
Las bater\u00edas de iones de litio funcionan mediante intercalaci\u00f3n y extracci\u00f3n, con iones de litio que van y vienen entre el \u00e1nodo y los c\u00e1todos, creando una soluci\u00f3n electrol\u00edtica compuesta de disolventes no acuosos como el carbonato de etileno o el carbonato de propileno que envuelve a ambos. La humedad nunca debe entrar en esta bater\u00eda debido a la fuerte afinidad del litio con el agua.<\/p>\n
La descarga se produce cuando los iones de litio se desplazan desde el \u00e1nodo a una soluci\u00f3n electrol\u00edtica, donde la corriente el\u00e9ctrica los libera de sus enlaces con el \u00e1nodo y permite que los electrones fluyan libremente a trav\u00e9s de cables externos para realizar el trabajo.<\/p>\n
Las bater\u00edas de iones de litio ofrecen muchas ventajas sobre sus hom\u00f3logas, como una buena eficiencia energ\u00e9tica y una elevada relaci\u00f3n potencia-peso, un bajo \u00edndice de autodescarga, una larga vida \u00fatil y un dise\u00f1o port\u00e1til. La tecnolog\u00eda de \u00f3xido de litio y cobalto permite una mayor densidad energ\u00e9tica que sus alternativas en las bater\u00edas de iones de litio para autom\u00f3viles.<\/p>\n
Los electrolitos son minerales vitales esenciales para los niveles de hidrataci\u00f3n de nuestro cuerpo y las funciones celulares, as\u00ed como para la salud en general, como la prevenci\u00f3n de la fatiga, los mareos y los dolores de cabeza. La falta de electrolitos puede incluso provocar deshidrataci\u00f3n, que afecta a la vida de forma significativa y altera profundamente las rutinas diarias.<\/p>\n
Las bater\u00edas de iones de litio utilizan electrolitos no acuosos para evitar las reacciones del agua y proteger sus electrodos de la degradaci\u00f3n. Suelen incluir carbonatos org\u00e1nicos como carbonato de etileno o carbonato de propileno con complejos que unen iones de litio en soluci\u00f3n; este electrolito l\u00edquido permite entonces que los iones se muevan entre los electrodos del \u00e1nodo y el c\u00e1todo, produciendo energ\u00eda el\u00e9ctrica.<\/p>\n
Cuando los iones de litio se desplazan del \u00e1nodo al c\u00e1todo a trav\u00e9s del electrolito durante la descarga, sufren un proceso de inserci\u00f3n o intercalaci\u00f3n que transfiere sus electrones desde el c\u00e1todo. Esto crea una salida de energ\u00eda qu\u00edmica almacenada en el circuito externo de la c\u00e9lula; durante la carga, estos mismos iones se recombinan con sus electrones para formar electricidad.<\/p>\n
Dinca y su equipo trabajan en el desarrollo de materiales alternativos para bater\u00edas que contengan menos cobalto, como el sodio o el magnesio. Estas bater\u00edas podr\u00edan ser m\u00e1s ligeras y baratas, lo que las har\u00eda m\u00e1s atractivas para los consumidores. Las bater\u00edas sin cobalto deber\u00edan tener mejor ciclo de vida, ser m\u00e1s reciclables e incluso m\u00e1s seguras de transportar y almacenar que las de cobalto.<\/p>\n
El c\u00e1todo es uno de los componentes principales de las bater\u00edas de litio. Actuando como conductor el\u00e9ctrico, facilita el movimiento de los iones de litio entre el \u00e1nodo y el c\u00e1todo durante los procesos de descarga\/carga. Los c\u00e1todos pueden estar compuestos de distintos materiales, como \u00f3xidos de metales de transici\u00f3n de litio, \u00f3xidos de vanadio, \u00f3xidos de manganeso o fosfatos de litio, que permiten la intercalaci\u00f3n\/desintercalaci\u00f3n reversible de iones de litio durante los ciclos de descarga\/carga.<\/p>\n
Un \u00e1nodo es un electrodo negativo, responsable de descargar electrones a un circuito externo durante la descarga de la c\u00e9lula. A la inversa, los c\u00e1todos combinan iones de litio cargados positivamente con electrones en una reacci\u00f3n de reducci\u00f3n electroqu\u00edmica en su electrodo positivo. El electrolito sirve de intermediario en el transporte de iones de litio y electrones entre el \u00e1nodo y los c\u00e1todos; no participa en la reacci\u00f3n electroqu\u00edmica propiamente dicha.<\/p>\n
Se han desarrollado muchos materiales cat\u00f3dicos diferentes; los tres m\u00e1s frecuentes en la producci\u00f3n actual pueden resumirse en LiCoO2, LiMn2O4 y LiFePO4. Cada uno de ellos utiliza la qu\u00edmica de iones de litio; sin embargo, su capacidad de carga y estabilidad c\u00edclica var\u00edan de un modelo a otro.<\/p>\n
Las bater\u00edas de iones de litio dependen de sus c\u00e1todos tanto para la densidad de energ\u00eda como para la vida \u00fatil del ciclo, ya que este componente almacena grandes cantidades de iones de litio con alta conductividad y tiene que almacenar grandes cantidades de ellos para funcionar de forma \u00f3ptima. Para disminuir a\u00fan m\u00e1s la resistencia y mejorar el rendimiento, pueden a\u00f1adirse como aditivos conductores diversos aditivos como el negro de carbono (CB), el carbono amorfo (AC) o las fibras de carbono (CF); en la Tabla 2 se presentan los resultados de estos aditivos sobre las capacidades de descarga y los rendimientos de ciclo de diversos materiales de c\u00e1todo con diversos aditivos conductores comparados.<\/p>\n
La viabilidad de las bater\u00edas de iones de litio viene determinada en gran medida por los materiales de sus electrodos -tambi\u00e9n conocidos como \u00e1nodos y c\u00e1todos-, que desempe\u00f1an un papel esencial en la regulaci\u00f3n de la densidad de energ\u00eda y el rango de tensi\u00f3n. La mayor\u00eda de las bater\u00edas de litio utilizan \u00e1nodos y c\u00e1todos de carbono; sin embargo, los investigadores est\u00e1n explorando soluciones alternativas.<\/p>\n
La descarga se produce cuando un \u00e1nodo libera iones de litio al c\u00e1todo mediante intercalaci\u00f3n, creando corriente y energ\u00eda. Sin embargo, durante la carga ocurre lo contrario. En lugar de descargar iones de litio en el c\u00e1todo a trav\u00e9s de la intercalaci\u00f3n, entran en un electrolito (compuesto por sales de litio suspendidas en disolvente de dimetilcarbonato). Desde aqu\u00ed viajan hacia el \u00e1nodo y finalmente vuelven a salir a trav\u00e9s de esta soluci\u00f3n para completar su circuito hacia atr\u00e1s.<\/p>\n
Los \u00e1nodos de grafito est\u00e1ndar no pueden utilizarse a largo plazo, ya que la inserci\u00f3n repetida de litio hace que se rompan y pierdan capacidad, sin dejar c\u00e9lulas LIB funcionales. Se han propuesto alternativas como los hidr\u00f3xidos met\u00e1licos; sin embargo, sus elevados voltajes de intercalaci\u00f3n reducen la densidad energ\u00e9tica de estas bater\u00edas.<\/p>\n
Amprius, empresa especializada en materiales para bater\u00edas, ha desarrollado un \u00e1nodo con una cubierta de silicio que encierra nanocables de silicio como posible soluci\u00f3n. Ya probada en un paquete de bater\u00edas de un pseudosat\u00e9lite Airbus Zephyr S con fines de ensayo, su rendimiento fue extraordinario: dur\u00f3 cientos de ciclos de carga y produjo m\u00e1s de 435 W h\/kg de energ\u00eda.<\/p>\n
El separador es un componente esencial de las bater\u00edas de litio, ya que sirve para aislar los electrodos positivo y negativo al tiempo que permite el flujo de iones de litio. Construido con una membrana porosa hecha de diversos materiales de poliolefina como polietileno o polipropileno, su tama\u00f1o afecta a la cantidad de corriente que se puede extraer durante la descarga y determina la estabilidad durante los ciclos.<\/p>\n
La porosidad del separador debe ser suficiente para permitir que los iones de litio se muevan libremente entre los electrodos, con una amplia distribuci\u00f3n de poros que se cierren cuando la bater\u00eda se desenchufe o se apague; el tama\u00f1o \u00f3ptimo de los poros oscila entre 30 y 100 nan\u00f3metros. Adem\u00e1s, su conductividad tambi\u00e9n debe ser alta.<\/p>\n
La humectabilidad de un separador tambi\u00e9n es esencial; debe absorber una cantidad adecuada de electrolito en sus poros durante el funcionamiento de la c\u00e9lula, sin que se produzca la formaci\u00f3n de dendritas ni el crecimiento de SEI. Pueden emplearse diversos materiales separadores, como PP no tejido, PP monocapa microporoso, celulosa, fibra de vidrio, PTFE o PP\/PE\/PP tricapa; algunos tienen propiedades mejoradas, como una mayor resistencia a la oxidaci\u00f3n o afinidad\/humectabilidad con los electrolitos; estas mejoras contribuyen significativamente a la seguridad y longevidad de las pilas.<\/p>\n
Los colectores de corriente son un componente esencial de las bater\u00edas de litio, ya que permiten que los electrones fluyan entre los electrodos del c\u00e1todo y el \u00e1nodo, ayudando a la bater\u00eda a alcanzar una alta densidad de energ\u00eda y mejorando la seguridad y el rendimiento. Deben estar dise\u00f1ados para soportar altas tensiones de funcionamiento sin que se produzca corrosi\u00f3n en sus electrodos.<\/p>\n
Metales como el aluminio y el cobre se utilizan a menudo como colectores de corriente debido a su naturaleza relativamente barata y su excelente conductividad el\u00e9ctrica, pero su fragilidad requiere grandes espesores para mantener la integridad mec\u00e1nica.<\/p>\n
Cient\u00edficos del NREL han ideado una novedosa forma de reducir el grosor de los colectores de corriente y aumentar al mismo tiempo la densidad energ\u00e9tica. El m\u00e9todo consiste en recubrir con adhesivo los materiales activos de los separadores de las bater\u00edas de litio, creando as\u00ed colectores de corriente finos y ligeros que contribuir\u00e1n a aumentar la eficiencia energ\u00e9tica de las bater\u00edas de litio de los autom\u00f3viles.<\/p>\n
Los cient\u00edficos est\u00e1n explorando m\u00e9todos para reducir el grosor de los colectores de corriente y, al mismo tiempo, aumentar su estabilidad electroqu\u00edmica. Los materiales basados en el carbono ofrecen procesos de producci\u00f3n m\u00e1s respetuosos con el medio ambiente que los met\u00e1licos y se utilizan cada vez m\u00e1s como colectores de corriente.<\/p>\n
Los colectores de corriente basados en carbono ofrecen muchas ventajas sobre sus hom\u00f3logos m\u00e1s r\u00edgidos, como ser m\u00e1s ligeros y lo bastante flexibles para mejorar la densidad energ\u00e9tica y la capacidad de potencia de las bater\u00edas, un requisito cada vez m\u00e1s esencial dada la creciente popularidad del i\u00f3n-litio.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
La r\u00e1pida expansi\u00f3n de los veh\u00edculos el\u00e9ctricos (VE) ha incrementado la demanda de materias primas para fabricar bater\u00edas de litio, lo que obliga a extraerlas de minerales v\u00edrgenes y plantea problemas medioambientales y sociales. La qu\u00edmica de las bater\u00edas de litio difiere en cuanto a la cantidad de energ\u00eda que pueden almacenar y el n\u00famero de veces que pueden recargarse, por lo que elegir ...<\/p>\n