Cómo funciona una batería de litio

¬ŅQu√© es una bater√≠a de litio?

Cómo funciona una batería de litio

Básicamente, uno batería de litio (o más bien una batería de iones de litio, o Li-ion) está compuesta por una serie de componentes químicos encerrados en una carcasa, conectados al exterior a través de dos extremos metálicos, uno positivo y otro negativo.

Cuando estos dos extremos se ponen en contacto entre sí (a través de un material conductor), se desencadena una reacción que hace que las partículas internas de la batería se unan y se separen continuamente, para producir otros elementos químicos, denominados iones.



En particular, los iones son responsables de producir la energía para alimentar la batería, mientras que los electrones son responsables de generar la electricidad necesaria para operar el dispositivo al que está conectado (teléfono inteligente, tableta, computadora portátil, etc.).

Las baterías de litio, gracias a sus particulares características estructurales y químicas, son actualmente muy utilizadas tanto en el campo de la electrónica (smartphones, tablets, portátiles, sistemas de alimentación ininterrumpida, wearables, etc.) como en sectores muy diferentes, como el de los híbridos y coches eléctricos.

El objetivo de esta guía será explicarle, en términos sencillos, el criterio subyacente al funcionamiento de las baterías recargables de iones de litio y las razones de los problemas más comunes que se encuentran en ellas.

Una breve historia de las baterías de litio

Cómo funciona una batería de litio

La historia de las baterías de litio comienza hace mucho tiempo. 1912, cuando el primer acumulador de este tipo fue inventado por Gilbert N. Newis: se trataba de pilas no recargables, pero capaces de proporcionar voltajes mucho más altos que las otras baterías en uso en ese momento, gracias a la presencia de litio.

Esta invenci√≥n, sin embargo, no se consider√≥ particularmente √ļtil hasta 1970, cuando el qu√≠mico MS Whittingham logr√≥ desarrollar un prototipo de bater√≠a recargable explotando, de hecho, el litio.



Sin embargo, incluso esta invenci√≥n no tuvo el √©xito deseado: dado que el litio es un metal ligero pero extremadamente inestable, las bater√≠as dise√Īadas en ese momento conllevaban un alto riesgo de explosi√≥n; Por tanto, c√≥mplice de los peligros asociados a la manipulaci√≥n del litio en este sector, y al colapso del precio del petr√≥leo (elemento b√°sico de todas las bater√≠as recargables en uso en ese momento), se archiv√≥ el desarrollo de las bater√≠as de litio recargables.

Esto fue hasta 1991, a√Īo en el que JB Goodenough hizo la primera bater√≠a de iones de litio para Sony, cambiando el material de construcci√≥n del c√°todo y aumentando su potencia; el proyecto se perfeccion√≥ a√ļn m√°s, en el mismo a√Īo, por Akira Yoshino, que logr√≥ eliminar completamente el litio en forma pura de las bater√≠as recargables, reemplaz√°ndolo con iones de litio, es decir, con part√≠culas capaces de "desprenderse" del √°tomo de litio despu√©s de una reacci√≥n qu√≠mica.

Este √ļltimo paso fue de fundamental importancia para la seguridad de las que, hasta la fecha, son las bater√≠as recargables m√°s utilizadas en el mundo: a partir de ese a√Īo, gracias a los continuos estudios sobre la estructura qu√≠mica de los componentes de la bater√≠a y la Con la paulatina introducci√≥n de mecanismos de seguridad, los riesgos asociados a las bater√≠as de iones de litio se han reducido extremadamente, ante un aumento de potencia, capacidad de almacenamiento de energ√≠a y duraci√≥n en el tiempo.

Nota: Whittingham, Goodenough y Yoshino fueron galardonados con el Premio Nobel de Química en 2019, precisamente por el desarrollo de baterías de iones de litio.


Cómo funciona una batería de litio

Cómo funciona una batería de litio

Una batería de iones de litio está formada por una o más partes electrónicas capaces de generar energía, llamadas celle; cada celda se compone principalmente de tres elementos: un electrodo positivo, llamado cátodo; un electrodo negativo, llamado ánodo; y un químico, llamado electrólito.


Las bater√≠as de este tipo son generalmente ricaricabili, por tanto capaz tanto de acumular energ√≠a (en la fase de carga) como de liberarla (en la fase de descarga): este mecanismo es posible gracias al flujo de iones y electrones, es decir, peque√Īas part√≠culas que se "desprenden" de los √°tomos, a los que viajan del √°nodo al c√°todo - y viceversa - a trav√©s del electrolito.

Permítanme explicarles mejor la dinámica de este mecanismo. Cuando la batería acumula energía y está, es decir, en fase de carga, la cátodo "Da" algunos de sus iones de litio, que viajan a través del material electrolítico, siguiendo el circuito interno, y se acumulan dentro delánodo, en el que fluyen continuamente, generando energía y cargándose negativamente. Cuando los iones de litio del cátodo dejan de circular a través del material electrolítico, el proceso se detiene y la batería se carga.

Cuando, por el contrario, la batería se agota y está en fase de descarga, tiene lugar el proceso inverso: los iones, siguiendo el circuito externo de cada celda en la dirección opuesta, circulan del ánodo al cátodo, suministrar energía a la batería (y al dispositivo conectado); cuando llegan a su destino, se combinan con los electrones presentes en el cátodo, depositándose allí. Cuando el ánodo no tiene más iones de litio para liberar, el proceso se detiene: la batería está completamente descargada.


Es precisamente la distancia recorrida por los iones de litio la que determina el tiempo necesario para cargar y descargar una batería: dado que la primera de las dos fases tiene lugar en un circuito interno y la otra en un "camino" externo, no hace falta decir que la carga de la batería es mucho más rápida que la descarga.

Sin embargo, como seguramente sabr√°, la autonom√≠a de una bater√≠a de iones de litio es extremadamente variable, ¬°seg√ļn el tipo de dispositivo que alimenta y las actividades que se realizan!


Cada celda también implementa algunos mecanismos de seguridad con el objetivo de reducir los problemas por sobrecalentamiento: si la celda y / o la batería alcanzan una temperatura demasiado alta durante la fase de carga, el flujo de energía entrante se interrumpe inmediatamente y, en consecuencia, ya no puede recibir carga.

Aunque las baterías de iones de litio están dominadas por el mismo principio de funcionamiento, no todas son iguales: de hecho, existen diferentes tipos y características, que varían principalmente debido a los materiales con los que están hechos el ánodo, cátodo y electrolito.

Por ejemplo, la mayor√≠a de las bater√≠as que se encuentran en tel√©fonos inteligentes, tabletas, computadoras port√°tiles y bancos de energ√≠a son del tipo √ďxido de litio-cobalto / LCO (o LiCoO2): est√° formado por un c√°todo de √≥xido de cobalto y un √°nodo de grafito; Las bater√≠as de autom√≥viles el√©ctricos, por otro lado, aprovechan la combinaci√≥n qu√≠mica litio, n√≠quel, manganeso e √≥xido de cobalto / LiNMC (LiNiMnCoO2): el c√°todo, en este caso, est√° hecho de n√≠quel, manganeso y cobalto; el c√°todo presente en las bater√≠as utilizadas para las fuentes de alimentaci√≥n ininterrumpidas modernas, por otro lado, utiliza un c√°todo en√≥xido de litio y manganeso, generalmente con adici√≥n de cobalto.

Pros y contras de las baterías de litio

Cómo funciona una batería de litio

La introducción de las baterías de iones de litio ha traído varios beneficios al mundo de la electrónica. Para empezar, a diferencia de las baterías de níquel-cadmio (o NiCd, pronunciado "nicad"), las baterías de iones de litio no sufren el efecto memoria: si nunca ha oído hablar de él, es un fenómeno que "hace que una batería crea" que tiene menos capacidad que su condición inicial.

El efecto memoria es extremadamente frecuente en las bater√≠as de NiCd y se ‚Äúactiva‚ÄĚ cuando, por alg√ļn motivo, la bater√≠a se recarga cuando a√ļn queda energ√≠a residual en su interior; para que todo vuelva a la normalidad, debe descargar completamente la bater√≠a y recargarla inmediatamente despu√©s.

Otra gran ventaja de las bater√≠as de iones de litio es que son relativamente leer en comparaci√≥n con la cantidad de energ√≠a que pueden almacenar; nuevamente, para construir bater√≠as de este tipo no se prev√© el uso de cadmio, un material extremadamente t√≥xico y que todav√≠a se utiliza hoy, aunque en mucha menor medida que en la √ļltima d√©cada, para la producci√≥n de bater√≠as recargables.

No todo, sin embargo, "son rosas y flores": aunque, con el tiempo, se han ido implantando mecanismos de seguridad capaces de minimizar la posibilidad de sobrecalentamientos y consiguientes incendios, siempre hay que prestar atención a calor, ya que las baterías de litio sufren mucho este efecto: la batería debe mantenerse siempre a temperatura ambiente y las celdas no deben recargarse cuando el dispositivo ya está caliente, ya que pueden producirse caídas de rendimiento debido a la dificultad de "retener" energía.

Adem√°s, las bater√≠as deben cargarse a voltaje apropiado: el uso de cargadores de bater√≠a demasiado "potentes" podr√≠a reducir significativamente la vida √ļtil y la eficiencia de cada celda, adem√°s de causar peligro acumulaciones de gas (liberado naturalmente durante las fases de carga / descarga), lo que podr√≠a causar explosiones.

Otro aspecto al que hay que prestar atenci√≥n, especialmente en lo que respecta a dispositivos electr√≥nicos como smartphones, tablets y port√°tiles, es el nivel de carga m√≠nimo. Deje que una bater√≠a de iones de litio lo alcance 0% de carga puede afectar negativamente su vida: si el tr√°nsito de iones desde el c√°todo al √°nodo se interrumpe por completo, las part√≠culas de litio podr√≠an da√Īar irreparablemente este √ļltimo, disminuyendo el rendimiento de la bater√≠a. Adem√°s, el dispositivo puede tener alguna dificultad o tardar m√°s en encenderse de nuevo, ya que el tr√°nsito de iones debe reiniciarse "desde cero".

Por esta raz√≥n, es una buena pr√°ctica Evite descargar completamente un dispositivo electr√≥nico alimentado por una bater√≠a de iones de litio., antes de recargarlo; por la misma raz√≥n, si planea no utilizar un dispositivo electr√≥nico durante mucho tiempo, tenga cuidado de almacenarlo con la bater√≠a cargada al menos al 50%: la peque√Īa e inevitable p√©rdida de carga por inactividad, de esta manera, apenas causa da√Īo a las c√©lulas.

Dadas sus caracter√≠sticas, hay que decir que una bater√≠a de iones de litio tiene una duraci√≥n limitada: los fabricantes generalmente definen este par√°metro en t√©rminos de ciclos de carga, despu√©s de lo cual es posible que las celdas de la bater√≠a no puedan acumular m√°s energ√≠a de manera adecuada, debido al desgaste de los √°nodos o al material qu√≠mico presente en el interior. Sin embargo, no se preocupe: una bater√≠a bien administrada, lo ideal ser√≠a mantener constantemente un rango de carga del 30-80% de su dispositivo, puede permanecer "saludable" incluso durante m√°s de cinco a√Īos (a pesar de una ca√≠da obvia en comparaci√≥n con el capacidad original, pero no tan dr√°stica como para comprometer su uso)!

Para obtener más información "práctica", lo invito a leer mis tutoriales sobre cómo cargar la batería del teléfono inteligente y cómo aumentar la duración de la batería de una computadora portátil.

Cómo funciona una batería de litio

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