A medida que el mundo se centra cada vez más en las soluciones de almacenamiento de energía, es fundamental comprender la tecnología central detrás de estos sistemas (las baterías). En RICHYE, hemos compilado una guía detallada y fácil de seguir diseñada para ayudarlo a comprender los conceptos básicos de las baterías y sus aplicaciones. Al finalizar este recurso, tendrá una base sólida en tecnología de baterías y estará bien encaminado para adquirir conocimientos sobre esta industria vital. ¡Disfrute de su viaje de aprendizaje!

1. El panorama de las baterías

Tipos de baterías y sus características

Pilas primarias (de un solo uso)

• Baterías de zinc-carbono: Estas baterías básicas se encuentran comúnmente en artículos de uso diario, como controles remotos y relojes de pared. Si bien son asequibles, tienen una vida útil corta y una densidad energética menor.

Baterías secundarias (recargables)

• Baterías de plomo-ácido: Las baterías de plomo-ácido, que se utilizan ampliamente en vehículos y vehículos eléctricos pequeños, son rentables y fiables. Sin embargo, son relativamente pesadas y ofrecen una densidad energética menor en comparación con las tecnologías más nuevas.
• Baterías de níquel-cadmio (NiCd): Las baterías de NiCd, que alguna vez fueron populares en los primeros teléfonos móviles, ahora están en gran medida obsoletas debido a su impacto ambiental y al efecto memoria, que reduce su eficiencia con el tiempo.
• Baterías de níquel-metal hidruro (NiMH): Estas baterías se utilizan en aplicaciones que requieren corrientes de descarga elevadas, como equipos médicos y vehículos híbridos. Son más respetuosas con el medio ambiente y ofrecen una mejor densidad energética que las baterías de NiCd.
• Baterías de iones de litio: Las baterías de iones de litio, comúnmente utilizadas en la electrónica moderna, incluidos teléfonos inteligentes y computadoras portátiles, así como en vehículos eléctricos, proporcionan una alta densidad de energía y una larga vida útil sin el efecto memoria que se observa en las baterías de NiCd.

Tecnologías emergentes

• Baterías de flujo: Las baterías de flujo, ideales para el almacenamiento de energía a gran escala debido a su naturaleza escalable, utilizan electrolitos líquidos separados por una membrana. Todavía se encuentran en desarrollo para aplicaciones móviles.

Cada tipo de batería tiene sus puntos fuertes y débiles, lo que las hace adecuadas para diferentes aplicaciones en diversas industrias. Con los avances tecnológicos, se espera que los nuevos tipos de baterías, como las de estado sólido y las baterías avanzadas basadas en litio, mejoren aún más el rendimiento y la seguridad.

Nota: El término "batería de litio” inicialmente se refería a las baterías primarias de metal de litio, que ahora están obsoletas debido a problemas de seguridad. Hoy en día, “baterías de litio” se refiere típicamente a baterías de iones de litio. Algunos ejemplos incluyen las pilas secas AA y AAA que se usan a diario, los primeros teléfonos móviles con baterías de NiMH y las baterías de iones de litio que prevalecen en los teléfonos inteligentes, las computadoras portátiles y los vehículos eléctricos modernos.

2. Terminología clave sobre baterías

SOX: Estado de X

• H (Salud): Indica el estado general de la batería.
• C (Capacidad): Se refiere a la capacidad total de almacenamiento de energía de la batería.
• P (Poder): Indica la capacidad de la batería para entregar energía rápidamente.
• E (Energía): Representa el contenido energético de la batería.

SOC (Estado de carga): Este término describe cuánta carga tiene una batería en un momento dado, desde 0 (completamente descargada) a 1 (completamente cargada), similar a medir el nivel de agua en un balde.

DOD (Profundidad de descarga): Indica la proporción de la capacidad de la batería que se ha utilizado. Una batería completamente cargada tiene un DOD de 0, mientras que una batería completamente descargada tiene un DOD de 1. La relación entre el DOD y el SOC se expresa como: DOD + SOC = 1.

3. Batería de iones de litio Clasificaciones

Por rendimiento:

• Tipo de energía: Diseñado para una alta potencia de salida durante períodos cortos.
• Tipo de energía: Optimizado para el almacenamiento de energía a largo plazo.

Por forma física:

• Cilíndrico: Forma cilíndrica estándar.
• Prismático (carcasa de acero/aluminio): Forma rectangular o cuadrada con carcasa metálica.
• Bolsa (película plástica de aluminio): Carcasa de película flexible y ligera.

Por material del electrolito:

• Batería de iones de litio líquido (LIB): Utiliza electrolitos líquidos para aplicaciones de energía.
• Batería de polímero de iones de litio (PLB): Utiliza electrolitos poliméricos sólidos o tipo gel.

Por material del cátodo:

• Fosfato de hierro y litio (LFP): Conocido por su seguridad y longevidad.
• Óxido de litio y cobalto (LCO): Ofrece alta densidad energética pero vida útil más corta.
• Óxido de litio y manganeso (LMO): Equilibra potencia y capacidad.
• Baterías binarias y ternarias: Incluye variaciones como LiNiMnO2, LiNiCoO2, NCM y NCA.

Por material del ánodo:

• Titanato de litio (LTO): Destacado por su carga rápida y alta estabilidad de ciclo.
• Baterías de grafeno y nanofibra de carbono: Utilice materiales avanzados para mejorar la conductividad y la capacidad.

Batería 18650: La 18650 es un modelo estandarizado de batería de iones de litio, en el que el «18» indica un diámetro de 18 mm y el «65» una longitud de 65 mm. Normalmente se comercializa en variantes de iones de litio y de fosfato de hierro y litio (LiFePO4), con distintas capacidades y voltajes. Su estandarización garantiza la fiabilidad y la seguridad, con mejoras a lo largo del tiempo para evitar posibles peligros.

4. Batería de iones de litio Voltaje y capacidad

El voltaje de la batería de iones de litio varía con la corriente de descarga, la temperatura y los materiales de los electrodos. El voltaje cambia durante la carga y la descarga, pero el voltaje promedio de 3,7 V es el que se utiliza habitualmente. Los avances en los materiales han dado lugar a variaciones en los voltajes y capacidades nominales, optimizando el rendimiento para diferentes aplicaciones.

5. ¿Por qué elegir baterías de iones de litio?

Ligero: Las baterías de iones de litio tienen una mayor densidad energética (200-260 Wh/kg) en comparación con las baterías de plomo-ácido y NiMH, lo que las hace significativamente más livianas para la misma capacidad.

Carga rápida: Las baterías de iones de litio se pueden cargar completamente en aproximadamente 3 horas, mucho más rápido que las baterías NiMH.

Sin efecto memoria: A diferencia de las baterías de NiMH, las baterías de iones de litio no sufren efecto memoria, manteniendo su capacidad sin necesidad de largos ciclos de carga-descarga.

Respetuoso del medio ambiente: En comparación con las baterías de plomo-ácido, las baterías de litio son menos contaminantes y tienen mejores opciones de reciclaje.

6. Consideraciones de seguridad para Baterías de litio

A pesar de sus ventajas, las baterías de litio plantean riesgos de seguridad debido a la naturaleza altamente reactiva del litio. Problemas como el descontrol térmico (causado por sobrecarga, sobrecalentamiento o daño físico) pueden provocar reacciones peligrosas. La mejora de los diseños y protocolos de seguridad es fundamental para mitigar estos riesgos.

Fuga térmica: Puede activarse por abuso mecánico, eléctrico o térmico, lo que genera calor excesivo y posibles riesgos de seguridad.

7. Aplicaciones y perspectivas futuras

Aplicaciones:

• Vehículos eléctricos (VE): Las baterías de iones de litio son cruciales para alimentar los coches eléctricos, ya que ofrecen alta densidad energética y longevidad.
• Almacenamiento de energía renovable: Se utiliza para almacenar energía de fuentes intermitentes como la solar y la eólica.
• Electrónica de consumo: Esencial para dispositivos como teléfonos inteligentes, computadoras portátiles y tabletas.
• Aeroespacial y Defensa: Proporcionar energía para satélites, naves espaciales y equipos militares.
• Dispositivos médicos: Alimentar dispositivos críticos como marcapasos y herramientas de diagnóstico portátiles.

Avances:

• Baterías de estado sólido: Ofrece mayor seguridad y densidad energética con electrolitos sólidos.
• Baterías de litio-azufre: Apunta a una mayor densidad energética, con investigaciones en curso que aborden las limitaciones actuales.
• Tecnologías de reciclaje: Mejorar la eficiencia en la recuperación de materiales valiosos de baterías usadas.

Direcciones futuras:

• Almacenamiento a escala de servicios públicos: Aumento del uso del almacenamiento en red a medida que disminuyen los costos.
• Funciones de seguridad mejoradas: Innovaciones continuas para reducir los riesgos asociados a las baterías de litio.
• Mejoras en la cadena de suministro global: Esfuerzos para garantizar un suministro estable y sostenible de materiales críticos.

Esta guía tiene como objetivo brindar una comprensión completa de las tecnologías de baterías y su panorama en constante evolución. En RICHYE, nos comprometemos a ayudarlo a explorar y aprovechar los avances en tecnología de baterías para un futuro más sustentable.