Bateria de iones de litio

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ResumenLas baterías de iones de litio han contribuido a la revolución de la electrónica portátil durante casi tres décadas. Ahora están permitiendo la electrificación de los vehículos y comienzan a entrar en la industria de los servicios públicos. La aparición y el dominio de las baterías de iones de litio se deben a su mayor densidad energética en comparación con otros sistemas de baterías recargables, lo que ha sido posible gracias al diseño y el desarrollo de materiales de electrodos de alta densidad energética. La investigación científica básica, que incluye la química y la física del estado sólido, ha estado en el centro de este esfuerzo, especialmente durante las décadas de 1970 y 1980. Con la concesión del Premio Nobel de Química 2019 al desarrollo de las baterías de iones de litio, resulta esclarecedor echar un vistazo a la evolución de la química de los cátodos que hizo posible la moderna tecnología de iones de litio. Este artículo de revisión ofrece una reflexión sobre cómo los estudios fundamentales han facilitado el descubrimiento, la optimización y el diseño racional de tres grandes categorías de cátodos de óxido para las baterías de iones de litio, y una perspectiva personal sobre el futuro de esta importante área.

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Décadas de conocimientos técnicos en el desarrollo de materiales y tecnologías cerámicas, así como en el análisis de materiales y la caracterización electroquímica, garantizan el establecimiento de nuevas estrategias rentables. Esto implica el desarrollo de materiales, procesos y sistemas, así como el suministro de conceptos innovadores de celdas para aplicaciones móviles y fijas.
En nuestro Centro de Aplicación de Tecnología de Baterías, las tecnologías pueden probarse y escalarse con vistas a la producción industrial. Para la garantía de calidad integrada en la producción, las tecnologías de pruebas no destructivas se adaptan e integran para las distintas fases de producción según los requisitos específicos.

La vida de las baterías de iones de litio

Una batería está formada por un ánodo, un cátodo, un separador, un electrolito y dos colectores de corriente (positivo y negativo). El ánodo y el cátodo almacenan el litio. El electrolito transporta los iones de litio cargados positivamente del ánodo al cátodo y viceversa a través del separador. El movimiento de los iones de litio crea electrones libres en el ánodo que crean una carga en el colector de corriente positiva.    A continuación, la corriente eléctrica fluye desde el colector de corriente a través de un dispositivo alimentado (teléfono móvil, ordenador, etc.) hasta el colector de corriente negativo. El separador bloquea el flujo de electrones dentro de la batería.
Mientras la batería se descarga y proporciona corriente eléctrica, el ánodo libera iones de litio hacia el cátodo, generando un flujo de electrones de un lado a otro. Al conectar el dispositivo, ocurre lo contrario: Los iones de litio son liberados por el cátodo y recibidos por el ánodo.

Química de la batería de iones de litio

(0,90-2,43 MJ/L)Potencia específica~250 – ~340 W/kg[1]Eficiencia de carga/descarga80-90%[5]Energía/precio al consumidor6,4 Wh/US$[6]156 US$/kWhTasa de autodescarga0,35% a 2,5% al mes según el estado de carga[7]Durabilidad del ciclo400-1.200 ciclos
Una batería de iones de litio o batería Li-ion es un tipo de batería recargable en la que los iones de litio se mueven desde el electrodo negativo a través de un electrolito hasta el electrodo positivo durante la descarga, y de vuelta cuando se carga. Las baterías de iones de litio utilizan un compuesto de litio intercalado como material en el electrodo positivo y normalmente grafito en el electrodo negativo.
Las baterías de iones de litio tienen una alta densidad de energía, no tienen efecto memoria (salvo las células LFP)[9] y tienen una baja autodescarga. Las celdas pueden fabricarse para dar prioridad a la energía o a la densidad de potencia[10]. [10] Sin embargo, pueden suponer un riesgo para la seguridad, ya que contienen electrolitos inflamables y, si se dañan o se cargan incorrectamente, pueden provocar explosiones e incendios. Samsung se vio obligada a retirar los teléfonos Galaxy Note 7 tras los incendios de iones de litio,[11] y ha habido varios incidentes relacionados con las baterías de los Boeing 787.