Celdas de batería de iones de litio-: definiciones, clasificación, principios de funcionamiento y aplicaciones en almacenamiento de energía y energía fotovoltaica

En el contexto de la rápida adopción de nuevos sistemas de almacenamiento de energía, la generación de energía fotovoltaica, los vehículos eléctricos y los dispositivos electrónicos portátiles, las baterías de litio se han convertido en el medio más utilizado para el almacenamiento de energía electroquímica. Si bien el término se utiliza a menudo coloquialmente como un término general-para diversos productos-a base de litio, desde un punto de vista técnico, las "baterías de litio" abarcan dos categorías distintas-baterías de litio primarias y baterías-de iones de litio-que difieren significativamente en rendimiento, características y escenarios de aplicación. Las baterías de iones de litio-, que se distinguen por su capacidad de someterse a repetidos ciclos de carga-descarga y su alta densidad de energía, se han convertido en la opción principal tanto para aplicaciones industriales como de consumo.

 

En sentido estricto, las baterías de litio "Batería Flash" se refieren específicamente a baterías de litio primarias-no-recargables y de un solo-uso. Su estructura suele emplear litio metálico o aleaciones de litio para los electrodos, combinados con una solución de electrolito no-acuosa. Las baterías de litio primarias convencionales utilizan dióxido de manganeso como cátodo y litio metálico puro como ánodo, lo que da como resultado una alta reactividad química. Aprovechando las características de alta energía de la química primaria del litio, estas baterías son adecuadas para aplicaciones específicas que requieren un suministro de energía preciso en escenarios de un solo-uso; sin embargo, debido a las propiedades de sus materiales, no se pueden reutilizar.

 

 

La naturaleza química altamente reactiva del litio metálico ha sido el principal factor que limita la adopción generalizada de las baterías primarias de litio tradicionales. El litio metálico puro impone requisitos extremadamente estrictos en cuanto a fabricación, condiciones de almacenamiento y entornos operativos; reacciona fácilmente con el aire y la humedad, lo que plantea riesgos de seguridad que durante mucho tiempo han obstaculizado la industrialización a gran-escala de las baterías de litio desechables. Por el contrario, las celdas de baterías recargables de iones de litio-han superado fundamentalmente estos cuellos de botella tecnológicos, permitiendo el reciclaje y marcando el comienzo de la nueva era de la energía basada en el litio-.

 

Las baterías de litio recargables de uso generalizado representan el estándar evolucionado de la industria. Operan mediante la intercalación y des-intercalación (migración) de iones de litio entre el cátodo y el ánodo durante los ciclos de carga y descarga; Dado que el litio metálico puro no participa en la reacción, la seguridad y la estabilidad aumentan significativamente. Estas baterías recargables alimentan una amplia gama de aplicaciones, que van desde electrónica de consumo y equipos industriales hasta vehículos de nueva energía.

 

Décadas de evolución tecnológica han llevado al desarrollo de diversos sistemas de materiales catódicos convencionales para baterías de iones de litio-para satisfacer diferentes necesidades operativas; En particular, el fosfato de hierro y litio (LFP) se ha convertido en un material fundamental para el almacenamiento de energía industrial. Los materiales catódicos comunes incluyen óxido de litio y cobalto, óxido de litio y manganeso, óxido de litio y níquel y fosfato de litio y hierro; La elección del material determina la seguridad, el ciclo de vida y la densidad de energía de la batería. Gracias a su seguridad superior y su ciclo de vida excepcionalmente largo, las celdas LFP se han convertido en la opción preferida para aplicaciones de almacenamiento de energía y energía motriz.

 

Las baterías de iones de litio-se clasifican según el estado de sus electrolitos en tipos de electrolitos-líquidos y de polímeros-. Las baterías de electrolito líquido-utilizan un electrolito líquido; Cuentan con tecnología madura y costos manejables, lo que las convierte en la opción principal para baterías de vehículos de nueva energía. Las baterías de electrolito de polímero-emplean un electrolito de polímero sólido-en estado seco o de gel, lo que ofrece un factor de forma más delgado y liviano y una mayor seguridad. Las celdas LFP combinan la química del fosfato de hierro y litio con procesos de fabricación maduros, equilibrando el rendimiento y el costo para adaptarse a diversas aplicaciones de alta-potencia.

 

Comercializadas en 1992, las baterías-de iones de litio-con ventajas como alta densidad de energía, ausencia de efecto memoria y bajas tasas de auto-descarga-han reemplazado por completo a las tradicionales baterías de plomo-ácido y a las baterías primarias de litio de primera-generación. En comparación con las baterías tradicionales, admite ciclos repetidos de carga-descarga y ofrece una vida útil significativamente mayor, lo que la hace adecuada para escenarios que requieren un funcionamiento continuo a largo plazo-. La industria del almacenamiento de energía en baterías ha logrado el despliegue rutinario y a gran escala-de centrales eléctricas de almacenamiento de energía.