Pilas de litio recargables

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Debido a la crisis energética de las últimas décadas, las energías renovables, como la solar, la eólica y la mareomotriz, han recibido mucha atención. Sin embargo, estas energías renovables dependen del tiempo y de la estación. En consecuencia, se necesitan sistemas de almacenamiento de energía para utilizar plenamente estas energías, incluida su conexión con las redes inteligentes. Las baterías de litio recargables en agua (ARLB) pueden ser un sistema ideal de almacenamiento de energía debido a su excelente seguridad y fiabilidad. Sin embargo, desde la introducción de las ARLB en 1994, los avances en la mejora de su rendimiento han sido muy limitados. Recientemente, se han mejorado notablemente sus prestaciones, especialmente las de carga superrápida, la capacidad reversible y la vida útil de sus electrodos. El presente trabajo revisa los últimos avances en la exploración de los materiales de electrodos y el desarrollo de sistemas de baterías. También se comentan y discuten brevemente los principales retos en este campo.

Energizer universal

Las baterías acuosas de iones de litio están recibiendo cada vez más atención para aplicaciones de almacenamiento de energía a gran escala debido a su seguridad intrínseca y su respeto por el medio ambiente. Sin embargo, adolecen de graves problemas de irreversibilidad, como el consumo sostenido de agua y, sobre todo, la escasa resistencia a la sobrecarga, que rara vez se ha estudiado. Encontramos que la cinética de evolución del H2 en el ánodo es mucho más fácil que la evolución del O2 en el cátodo, lo que da lugar a una resistencia limitada a la sobrecarga. Cuando la batería se sobrecarga, se produce una grave evolución de H2 en el ánodo, lo que desencadena la evolución de O2. El colapso de la estructura del ánodo, resultante de la oxidación por O2, conduce a un rápido desvanecimiento de la capacidad. En este caso, se añade Zn2+ en el electrolito para resolver estos problemas sin ninguna pérdida de densidad energética de la batería. Al final, cuando se cargue, el Zn2+ se reducirá a Zn metálico mostrando un alto sobrepotencial de evolución de H2, que puede suprimir la evolución de H2. Una célula completa de LiMn2O4/NaTi2(PO4)3 presenta un mayor rendimiento de sobrecarga y una excelente estabilidad de ciclo hasta 10 000 ciclos a 10C.

Iones de litio

En 2001, Christopher Johnson, Michael Thackeray, Khalil Amine y Jaekook Kim presentaron una patente[9][10] para cátodos ricos en litio de óxido de manganeso y cobalto (NMC) basados en una estructura de dominio derivada del Li2MnO3. En 2001, Zhonghua Lu y Jeff Dahn presentaron una patente[11] para la clase de materiales de electrodos positivos NMC, basada en el concepto de solución sólida entre miembros finales.
Hay varios niveles diferentes de níquel de interés comercial. La relación entre los tres metales se indica con tres números. Por ejemplo, LiNi 0,333Mn0,333Co 0,333O2 se abrevia como NMC111 o NMC333, LiNi0,5Mn0,3Co0,2O2 como NMC532 (o NCM523), LiNi0,6Mn0,2Co0,2O2 como NMC622 y LiNi0,8Mn0,1Co0,1O2 como NMC811. En vista de los posibles problemas de abastecimiento de cobalto, hay interés en aumentar el nivel de níquel, aunque esto disminuya la estabilidad térmica[12].
Mientras que tanto el carbonato de litio como el hidróxido de litio pueden utilizarse para NMC111, el hidróxido de litio es necesario para hacer NMC811, ya que una temperatura de síntesis más baja ayuda a mitigar el intercambio de sitios de litio/níquel, que se ha relacionado con un rendimiento reducido[13].

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¿Quiere ver el interior de una pila de litio de botón? Este gráfico en 3D muestra el funcionamiento interno de una pila de litio tipo moneda VL y ofrece una excelente visión general de los materiales de la pila (por ejemplo, electrodos, junta, aislante, polos, etc.).
Por regla general, el número de modelo contiene dos letras mayúsculas y uno o más dígitos, como se muestra en el ejemplo (cabe esperar que haya variaciones). Este sistema de numeración está respaldado por el Comité Internacional de Normalización de Relojes de Japón y es una práctica establecida en Japón.