Ion de litio: baterías de gran rendimiento

El almacenamiento es esencial para que podamos sacarle el máximo partido posible a las fuentes de energía. Los dispositivos capaces de albergar energía han evolucionado con el paso del tiempo, y uno de los mejores sistemas son las baterías de ion de litio.

Se recargan fácilmente y pueden acumular una gran cantidad de energía, lo que ha potenciado su uso en elementos tan diferentes entre sí como los teléfonos móviles, los coches eléctricos y las instalaciones fotovoltaicas. Pero, ¿qué es realmente una batería Li-Ion? Vamos a verlo con más detalle para que comprendas mejor su funcionamiento.

Ion de litio, ¿qué es?

Como decíamos antes, dentro de los sistemas de almacenamiento de energía que podemos usar hoy en día, destacan las baterías de iones de litio. 

El ion litio hace referencia al ion positivo de litio que se representa con el símbolo químico Li y con el número atómico 3, lo que nos permite calificarlo como un elemento químico que forma parte del grupo de los metales alcalinos.

Es un metal blando y ligero, de color plateado. Que se caracteriza por ser altamente reactivo, especialmente con agua, formando hidróxido de litio e hidrógeno.

Fue descubierto en 1817 por el químico sueco Johan August Arfwedson, que lo identificó como un componente del mineral petalita. Fue en el siglo XIX cuando se aisló este metal, pero en un primer momento no se le dio mucha relevancia, por su alta reactividad y porque su coste de producción era elevado.

Con el avance de la tecnología y la electrónica, se empezaron a investigar nuevas formas de almacenar energía de una manera más eficiente, y fue entonces cuando el ion litio empezó a ganar popularidad.

Y llegaron las baterías recargables

En la década de 1970, se realizaron avances que llevaron a un rápido desarrollo de las baterías recargables de iones de litio, como el uso de óxidos metálicos como el cobalto en el cátodo, para mejorar la densidad de energía de estas baterías.

Fue en 1991 cuando Sony lanzó al mercado la primera batería de iones de litio comercial, y revolucionó con ello la industria electrónica, porque este fue el punto de partida para crear teléfonos móviles, ordenadores portátiles y otros dispositivos electrónicos más ligeros y con mayor autonomía.

En la actualidad, las baterías a base de este metal son muy comunes en electrónica de consumo como teléfonos móviles y tabletas, pero también en coches eléctricos y en dispositivos médicos como los marcapasos.

En el caso de las placas solares para negocios y hogares, estas baterías son las que se encargan de almacenar la electricidad que los paneles han generado durante el día, de manera que esta se puede utilizar en momentos en los que no hay sol.

De cara al futuro, dado que la demanda de energía limpia y sostenible sigue aumentando, se están desarrollando nuevas investigaciones en torno a las baterías de ion de litio, y se exploran alternativas como las baterías de sodio. A día de hoy, el litio sigue siendo el material preferido por los fabricantes de productos que requieren incorporar baterías, por su alta eficiencia y su densidad energética.

¿Cómo funcionan las baterías de iones de litio?

Si buscas la mejor tarifa solar para tu hogar, es importante que tengas claro en qué forma las baterías de ion de litio contribuyen a que tus placas acumulen energía que vas a poder aprovechar más tarde, y maximizar así el ahorro.

Componentes principales

Sin entrar en detalles complejos, debes saber que una batería de li ion incluye tres componentes clave:

• Ánodo. Está hecho de grafito, y es donde los iones de litio se almacenan durante el proceso de carga.
• Cátodo. Es un compuesto de óxido metálico en el que los iones de litio se liberan durante el proceso de descarga.
• Electrolito. Es un líquido o gel que permite el movimiento de los iones entre el ánodo y el cátodo.

Proceso de carga

Se lleva a cabo de la siguiente manera:

• Conexión a una fuente de energía. La batería se conecta a un cargador que le proporciona energía eléctrica.
• Movimiento de electrones. Esa energía eléctrica consigue mover los electrones desde el cátodo hacia el ánodo a través de un circuito externo.
• Ionización del litio. Al mismo tiempo que se produce ese movimiento, los iones de litio se desprenden del cátodo.
• Migración de iones. Entonces, los iones de litio utilizan el electrolito para migrar hacia el ánodo.
• Almacenamiento de iones. En el ánodo, los iones de litio se intercalan en la estructura del grafito y almacenan energía en forma de energía química.

Proceso de descarga

Cuando usamos las baterías de ion de litio, lo que pasa es esto:

• Conexión a una carga. Una vez que la batería se conecta a un dispositivo, como un teléfono móvil, comienza a descargarse.
• Movimiento de iones. Lo que ocurre dentro de ella es que los iones de litio se desintercalan del ánodo y van migrando a través del electrolito hasta el cátodo.
• Generación de electricidad. Este movimiento genera electricidad que es la que aporta energía al dispositivo.
• Reacción en el cátodo. Ya en el cátodo, los iones de litio se combinan con electrones y se van incorporando a la estructura del óxido metálico, completando el ciclo de descarga.

Estas baterías han sido diseñadas para que el proceso de carga y descarga se pueda realizar miles de veces a lo largo de su vida útil. No obstante, seguro que has notado que pierden algo de eficacia con el paso del tiempo. Este es un fenómeno totalmente normal y puede deberse a factores como:

• Desgaste natural de la batería por el paso del tiempo, incluso si no se utiliza.
• Exposición a contaminantes que provocan fallos o cortocircuitos.
• Sometimiento de la batería a un exceso de frío o de calor.
• Formación de la capa SEI en el ánodo, que se encarga de protegerlo, pero para lo que es necesario consumir litio, lo que reduce la capacidad de la batería.
• Desgaste químico por la aparición de subproductos como resultado de las reacciones químicas, que pueden deteriorar los materiales del ánodo y del cátodo.

Ventajas de las baterías de ion de litio

Por si todavía te quedan dudas sobre lo beneficiosas que pueden ser estas baterías, aquí tienes algunos argumentos de peso:

Alta densidad de energía

En comparación con otros dispositivos, las baterías pueden almacenar una mayor cantidad de energía en menos espacio, lo que las hace muy útiles para dispositivos portátiles como los móviles. Al ser más pequeñas, también son más ligeras, lo que facilita su uso en aplicaciones donde el espacio y el peso con factores críticos.

Larga vida útil

Su tasa de degradación es mucho más baja que la de las baterías de plomo-ácido o níquel-cadmio. Son capaces de soportar miles de ciclos de carga y descarga antes de que su capacidad disminuya de una manera significativa.

Baja tasa de autodescarga

En períodos de inactividad, pueden mantener su carga durante mucho tiempo. Esto las convierte en una buena elección en aplicaciones donde no es necesario hacer un uso constante de la energía que proporcionan.

Carga rápida

Estas baterías permiten una recarga rápida, lo que resulta de mucha utilidad en su aplicación en teléfonos móviles y coches eléctricos.

Aumento de la autonomía

En el caso de su aplicación en instalaciones fotovoltaicas, poder almacenar energía en baterías de iones de litio reduce la dependencia de la red eléctrica.

Las baterías de iones de litio son, en la actualidad, uno de los sistemas más eficientes para el almacenamiento de energía, de ahí su popularidad y que cada vez tengan más aplicaciones. Si estás valorando una instalación de placas solares en tu hogar con los componentes más avanzados, desde Naturgy podemos ayudarte.