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Las baterías de iones de litio son increíblemente populares hoy en día. Puedes encontrarlas en portátiles, PDA, teléfonos móviles y iPods. Son tan comunes porque, libra por libra, son algunas de las baterías recargables con mayor energía disponibles.
Las baterías de iones de litio también han sido noticia últimamente. Esto se debe a que estas baterías tienen la capacidad de incendiarse ocasionalmente. No es muy común (solo dos o tres paquetes de baterías por millón tienen un problema), pero cuando sucede, es extremo. En algunas situaciones, la tasa de fallas puede aumentar y, cuando eso sucede, terminas con un retiro mundial de baterías que puede costar a los fabricantes millones de dólares.
Entonces la pregunta es, ¿qué hace que estas baterías sean tan energéticas y tan populares? ¿Cómo estallan en llamas? ¿Y hay algo que puedas hacer para prevenir el problema o ayudar a que las baterías duren más? En este artículo, responderemos estas preguntas y más.
Ventajas de las baterías de iones de litio
Las baterías de iones de litio son populares porque tienen una serie de ventajas importantes sobre las tecnologías de la competencia:
- Generalmente son mucho más ligeras que otros tipos de baterías recargables del mismo tamaño. Los electrodos de una batería de iones de litio están hechos de litio y carbono livianos. El litio también es un elemento muy reactivo, lo que significa que se puede almacenar mucha energía en sus enlaces atómicos. Esto se traduce en una densidad de energía muy alta para las baterías de iones de litio. Aquí tienes una manera de obtener una perspectiva de la densidad de energía. Una batería típica de iones de litio puede almacenar 150 vatios-hora de electricidad en 1 kilogramo de batería. Una batería de NiMH (níquel-hidruro metálico) puede almacenar quizás 100 vatios-hora por kilogramo, aunque lo más típico podría ser de 60 a 70 vatios-hora. Una batería de plomo-ácido puede almacenar solo 25 vatios-hora por kilogramo. Utilizando tecnología de plomo-ácido, se necesitan 6 kilogramos para almacenar la misma cantidad de energía que puede manejar una batería de iones de litio de 1 kilogramo. Esa es una gran diferencia.
- Mantienen su carga. Un paquete de baterías de iones de litio pierde solo alrededor del 5 por ciento de su carga por mes, en comparación con una pérdida del 20 por ciento por mes para las baterías de NiMH.
- No tienen efecto memoria, lo que significa que no es necesario descargarlas completamente antes de recargarlas, como ocurre con otras baterías químicas.
- Las baterías de iones de litio pueden soportar cientos de ciclos de carga/descarga.
Desventajas de las baterías de iones de litio
Eso no quiere decir que las baterías de iones de litio sean perfectas. También tienen algunas desventajas:
- Comienzan a degradarse tan pronto como salen de fábrica. Solo durarán dos o tres años a partir de la fecha de fabricación, las uses o no.
- Son extremadamente sensibles a las altas temperaturas. El calor hace que los paquetes de baterías de iones de litio se degraden mucho más rápido de lo normal.
- Si descargas completamente una batería de iones de litio, se arruina.
- Un paquete de baterías de iones de litio debe tener una computadora a bordo para administrar la batería. Esto los hace aún más caros de lo que ya son.
- Existe una pequeña posibilidad de que, si una batería de iones de litio falla, estalle en llamas.
Muchas de estas características se pueden entender observando la química dentro de una celda de iones de litio. Veremos esto a continuación.
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Dentro de una batería y una celda de iones de litio
Los paquetes de baterías de iones de litio vienen en todas las formas y tamaños, pero todos tienen el mismo aspecto por dentro. Si desarmaras la batería de una computadora portátil (algo que NO recomendamos debido a la posibilidad de provocar un cortocircuito en la batería y provocar un incendio), encontrarías lo siguiente:
- Las celdas de iones de litio pueden ser baterías cilíndricas que parecen casi idénticas a las celdas AA, o pueden ser prismáticas, lo que significa que son cuadradas o rectangulares. La computadora, que comprende:
- Uno o más sensores de temperatura para controlar la temperatura de la batería.
- Un circuito convertidor y regulador de voltaje para mantener niveles seguros de voltaje y corriente.
- Un conector blindado para computadora portátil que permite que la energía y la información entren y salgan de la batería.
- Un grifo de voltaje, que monitorea la capacidad de energía de las celdas individuales del paquete de baterías.
- Un monitor del estado de carga de la batería, que es una pequeña computadora que maneja todo el proceso de carga para asegurarse de que las baterías se carguen lo más rápida y completamente posible.
Si la batería se calienta demasiado durante la carga o el uso, la computadora cortará el flujo de energía para intentar enfriar las cosas. Además si dejas tu computadora portátil en un automóvil extremadamente caliente e intentas usarla, es posible que esta computadora te impida encenderla hasta que se enfríe. Si las celdas alguna vez se descargan por completo, la batería se apagará porque las celdas están arruinadas. También puede realizar un seguimiento del número de ciclos de carga/descarga y enviar información para que el medidor de batería de la computadora portátil pueda indicarte cuánta carga queda en la batería.
Es una pequeña computadora bastante sofisticada y obtiene energía de las baterías. Este consumo de energía es una de las razones por las que las baterías de iones de litio pierden el 5 por ciento de su energía cada mes cuando están inactivas.
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Celdas de iones de litio
Como ocurre con la mayoría de las baterías, tienen una carcasa exterior fabricada en metal. En este caso, el uso de metal es especialmente importante, ya que la batería está bajo presión. Esta caja de metal tiene una especie de orificio de ventilación sensible a la presión. Si la batería alguna vez se calienta tanto que corre el riesgo de explotar debido al exceso de presión, este respiradero liberará la presión adicional.
La batería probablemente no servirá después, por lo que esto es algo que se debe evitar. El respiradero está ahí estrictamente como medida de seguridad. También lo es el interruptor de coeficiente de temperatura positivo (PTC), un dispositivo que se supone que evita que la batería se sobrecaliente.
Esta caja metálica contiene una larga espiral formada por tres finas láminas prensadas entre sí:
- Un electrodo positivo
- Un electrodo negativo
- Un separador
Dentro de la caja, estas láminas están sumergidas en un disolvente orgánico que actúa como electrolito. El éter es un disolvente común.
El separador es una lámina muy fina de plástico microperforado. Como su nombre lo indica, separa los electrodos positivo y negativo al tiempo que permite el paso de los iones.
El electrodo positivo está hecho de óxido de litio y cobalto o LiCoO2. El electrodo negativo está hecho de carbono. Cuando la batería se carga, los iones de litio se mueven a través del electrolito desde el electrodo positivo al electrodo negativo y se adhieren al carbono. Durante la descarga, los iones de litio regresan del carbono al LiCoO2.
El movimiento de estos iones de litio se produce a un voltaje bastante alto, por lo que cada celda produce 3,7 voltios. Esto es mucho más alto que los 1,5 voltios típicos de una pila alcalina AA normal que se compra en el supermercado y ayuda a que las baterías de iones de litio sean más compactas en dispositivos pequeños como los teléfonos móviles.
Duración y muerte de la batería de iones de litio
Los paquetes de baterías de iones de litio son costosos, por lo que, si deseas que la tuya dure más, aquí hay algunas cosas que debes tener en cuenta:
- La química de los iones de litio prefiere la descarga parcial a la descarga profunda, por lo que es mejor evitar llevar la batería a cero. Dado que la química de los iones de litio no tiene «memoria», no se daña la batería con una descarga parcial. Si el voltaje de una celda de iones de litio cae por debajo de cierto nivel, se arruina.
- Las baterías de iones de litio envejecen. Solo duran de dos a tres años, incluso si están en un estante sin usar. Por lo tanto, no «evites usar» la batería pensando que durará cinco años. No lo hará. Además, si vas a comprar una batería nueva, deberás asegurarte de que sea realmente nueva. Si ha estado en un estante de la tienda durante un año, no durará mucho. Las fechas de fabricación son importantes.
- Evita el calor, que degrada las baterías.
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Baterías explosivas
Ahora que sabemos cómo mantener las baterías de iones de litio funcionando por más tiempo, veamos por qué pueden explotar.
Si la batería se calienta lo suficiente como para encender el electrolito, se producirá un incendio. Hay videoclips y fotografías en la Web que muestran cuán graves pueden ser estos incendios. El artículo de CBC, «El verano de la computadora portátil explosiva», resume varios de estos incidentes.
Cuando ocurre un incendio como este, generalmente es causado por un cortocircuito interno en la batería. Recuerda de la sección anterior que las celdas de iones de litio contienen una lámina separadora que mantiene separados los electrodos positivo y negativo. Si esa lámina se perfora y los electrodos se tocan, la batería se calienta muy rápidamente. Es posible que hayas experimentado el tipo de calor que puede producir una batería si alguna vez has guardado una batería normal de 9 voltios en tu bolsillo. Si una moneda hace un cortocircuito entre los dos terminales, la batería se calienta bastante.
En caso de falla del separador, ocurre el mismo tipo de cortocircuito dentro de la batería de iones de litio. Como las baterías de iones de litio tienen tanta energía, se calientan mucho. El calor hace que la batería ventile el disolvente orgánico utilizado como electrolito y el calor (o una chispa cercana) puede encenderla. Una vez que eso sucede dentro de una de las celdas, el calor del fuego cae en cascada a las otras celdas y todo el paquete se incendia.
Es importante señalar que los incendios son muy raros. Aún así, solo se necesitan un par de incendios y un poco de cobertura mediática para provocar un retiro del mercado.
Preguntas frecuentes sobre baterías de iones de litio
¿Cuánto duran las baterías de iones de litio?
Las baterías de iones de litio pueden soportar cientos de ciclos de carga/descarga o entre dos y tres años.
¿Qué son las baterías de iones de litio?
Una batería de iones de litio es un tipo de batería recargable que se utiliza habitualmente en ordenadores portátiles y teléfonos móviles. Para generar energía, los iones de litio se mueven desde el electrodo negativo a través de un electrolito hasta el electrodo positivo.
¿Cuál es el costo de la batería de iones de litio?
Según BloombergNEF, el coste medio de un paquete de baterías de iones de litio cayó a 137 dólares por kWh en 2020. Para un teléfono inteligente, la batería cuesta entre 2 y 4 dólares, pero para un coche eléctrico, una batería de iones de litio puede oscilar entre 7.000 y 20.000 dólares. Sin embargo, el precio de estas baterías ha bajado aproximadamente un 88 por ciento en la última década y continúa con una tendencia a la baja.
¿Cuáles son las desventajas de las baterías de iones de litio?
Estas baterías tienen la capacidad de incendiarse ocasionalmente. No es común: solo dos o tres paquetes por millón tienen este problema. Son extremadamente sensibles a las altas temperaturas, lo que puede hacer que se degraden rápidamente. También empiezan a degradarse nada más salir de fábrica, independientemente de si se utilizan o no.
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¿Existe una batería mejor que la de iones de litio?
En este momento, nada supera a una batería de iones de litio. En comparación con otras tecnologías celulares, tiene mayor densidad de energía, más ciclos de batería, una velocidad de carga más rápida y es más seguro de usar.