Las baterías de iones de litio o de iones de litio son un tipo de batería recargable que se usa en muchas aplicaciones, pero más comúnmente en la industria electrónica. Las baterías de iones de litio proporcionan electricidad portátil, alimentando aparatos electrónicos como teléfonos móviles, computadoras portátiles y tabletas. Las baterías de iones de litio también se utilizan para suministrar energía a equipos médicos, vehículos eléctricos y herramientas eléctricas.

El litio es la fuente principal de los paquetes de baterías de iones de litio, ya que es más estable y seguro en la carga y descarga de energía en comparación con otros minerales.

Aparte de la industria electrónica, el litio es un mineral básico en la minería, la fabricación, el almacenamiento de energía y muchos otros. Debido a sus múltiples usos en la industria, la importancia de las baterías de iones de litio no se puede exagerar: es, muy posible, uno de los desarrollos más cruciales en el mundo moderno, sin el cual el siglo XXI no habría sido posible.

Iones de litio: Una breve historia

La batería de iones de litio tiene sus inicios en la década de 1970, cuando el químico británico M. Stanley Whittingham propuso crear un dispositivo de almacenamiento de energía utilizando celdas de litio. Las primeras baterías de litio usaban metales de sulfuro de litio y titanio (IV) que, aunque operativos, no eran prácticos debido a los costosos costos de producción del sufluro de titanio(los metales de sulfuro de titanio costaban alrededor de $1,000 en los años 70), sin mencionar sus subproductos tóxicos cuando se exponían a compuestos de sulfuro de hidrógeno.

A lo largo de la mayor parte de los años 70 y 80, varios científicos e ingenieros fueron pioneros y perfeccionaron la batería de litio. En 1979, los científicos John Goodenough, Ned A. Godshall et.al., y Koichi Mizushima, en intentos separados, creó y perfeccionó el Dióxido de Cobalto de Litio, o LiCoO2. Esta batería allanó el camino para nuevas baterías recargables que se convirtieron en la base para el desarrollo de la batería de iones de litio en 1985, cuando Akira Yoshino ensambló una batería prototipo que usaba iones de litio y dióxido de cobalto de litio como electrodos de la batería.

En 1991, las empresas japonesas Asahi Kasei y Sony comenzaron a producir en masa la batería de iones de litio y a aplicarla a muchos de sus productos electrónicos, con más científicos e ingenieros perfeccionando la tecnología a lo largo de los años 90 y hasta hoy. En 2019, los científicos Stanley Whittingham, Akira Yoshino y John Goodenough recibieron el Premio Nobel de química, específicamente por su trabajo en el desarrollo de baterías de iones de litio.

Composición de la batería de iones de litio

Las baterías de iones de litio vienen en diferentes tipos, pero generalmente se componen de los siguientes componentes:

• Cátodo o electrodo positivo: Fuente de iones de litio que determina la capacidad y el voltaje de la batería
• Ánodo o electrodo negativo: Sección que almacena y libera iones a través de una unidad externa
• Electrolito: Medio que transporta iones entre el cátodo y el ánodo
• Separador: Barrera que evita que el cátodo y el ánodo entren en contacto entre sí

Estos componentes principales deben estar presentes en una batería de iones de litio para funcionar correctamente.

Paquetes de energía portátiles

Como se mencionó anteriormente, las baterías recargables de iones de litio proporcionan electricidad portátil que alimenta los aparatos electrónicos. Las baterías de iones de litio son livianas y se pueden hacer más pequeñas que otros tipos de baterías, lo que las hace cómodas de transportar.

Fuente de alimentación ininterrumpida (UPS)

Las baterías de iones de litio proporcionan energía de respaldo de emergencia en caso de pérdida o fluctuación de energía. Los equipos de oficina, como las computadoras, así como los servidores de TI, deben seguir funcionando en caso de interrupción de la energía para evitar la pérdida de datos. También se necesita energía de respaldo en la industria médica o del cuidado de la salud para garantizar un suministro de energía constante a equipos médicos que salvan vidas.

Vehículos eléctricos

La industria automotriz plantea una demanda de paquetes de baterías de iones de litio para proporcionar una fuente de energía para vehículos eléctricos, híbridos o híbridos enchufables. Como las baterías de iones de litio pueden almacenar grandes cantidades de energía y recargarse muchas veces, ofrecen una mejor capacidad de carga y una vida útil más larga.

Los vehículos marinos

Las baterías de iones de litio continúan surgiendo como una alternativa a las baterías de gasolina y plomo-ácido en la alimentación de barcos de trabajo o remolcadores y embarcaciones de recreo como lanchas rápidas y yates. Las baterías de iones de litio proporcionan una fuente de energía silenciosa y eficiente y también se pueden usar para proporcionar electricidad a los electrodomésticos dentro del barco o yate mientras está en el muelle.

Movilidad personal

Las baterías de iones de litio se utilizan en sillas de ruedas, bicicletas, scooters y otros dispositivos de movilidad para personas con discapacidad o restricciones de movilidad. A diferencia de las baterías de cadmio y plomo, las baterías de iones de litio no contienen productos químicos que puedan causar más daño a la salud de una persona.

Almacenamiento de energía solar

Las baterías de iones de litio también se utilizan para almacenar energía solar en paneles solares, ya que se pueden cargar rápidamente. Son más ligeros, más compactos y pueden contener mayores cantidades de energía en comparación con las baterías de plomo ácido.

Las aplicaciones anteriores son solo algunos de los muchos usos de las baterías de iones de litio. Como las baterías de iones de litio son compactas, portátiles y están equipadas con una carga rápida y una gran capacidad de almacenamiento, la demanda de baterías de iones de litio permanece o incluso puede aumentar en el futuro.

Riesgos para la seguridad y el medio ambiente de la batería de iones de litio

A pesar de su uso generalizado y su almacenamiento de bajo consumo de energía, la batería de iones de litio no es perfecta; puede ser un peligro para la seguridad si se produce, usa y almacena incorrectamente. Debido a que la batería contiene electrolitos inflamables, las baterías de iones de litio tienden a presurizarse hasta el punto de explotar si sufren algún daño estructural. Cuando se cargan demasiado rápido, las baterías de iones de litio también pueden correr el riesgo de cortocircuitar y causar una explosión.

Debido a esto, y debido a su uso generalizado en la mayoría de los productos comerciales, las normas de seguridad y las pruebas de seguridad de las baterías de iones de litio son mucho más estrictas que otros tipos de baterías. Los electrolitos inflamables presentes en las baterías de iones de litio significan que una producción inadecuada puede conducir a resultados a menudo desastrosos.

Las baterías de iones de litio también son susceptibles de dañarse cuando se cargan más allá de sus límites de voltaje. Normalmente, una batería de iones de litio tiene un rango de voltaje de entre 2,5 y 3,65 voltios (o, hasta 4,35 V, dependiendo de la composición de la celda). Exceder este voltaje debido a una carga incorrecta puede llevar a un envejecimiento prematuro de las celdas de la batería, lo que, en el mejor de los casos, significa que la batería almacena energía de manera menos eficiente o, en el peor de los casos, hace que los componentes reactivos de las celdas exploten.

Cuando se almacenan durante demasiado tiempo, las baterías de iones de litio también pueden degradarse prematuramente, lo que significa que no podrán alcanzar su rango de voltaje normal cuando finalmente se usen. Esto plantea un riesgo porque corre el riesgo de ser cobrado de más a pesar de que el usuario siga las instrucciones del paquete para cargar.

Aunque las baterías de iones de litio utilizan metales «menos tóxicos» como el hierro, el níquel, el cobre y el cobalto (y se clasifican como tales), su producción y el método de eliminación pueden representar un peligro considerable para el medio ambiente.

Mientras que los componentes metálicos de las baterías de iones de litio son reciclables, e incluso seguros tanto para la incineración como para los vertederos, su reutilización y reproducción en otros productos es un proceso largo y costoso, que, a su vez, lleva a los fabricantes a renunciar al reciclaje y, en su lugar, a extraer nuevos componentes.

Hasta que no se introduzcan grandes mejoras en la producción de baterías de iones de litio, siempre representarán una amenaza para el medio ambiente: se necesitan 67 megajulios de energía para crear un solo kilogramo de iones de litio.

El futuro de la batería de iones de litio

Aunque ahora tiene más de 50 años, la batería de iones de litio sigue mejorando constantemente: los científicos están empujando continuamente los límites y límites de la tecnología actual de iones de litio al experimentar con nuevas formas de combinar electrolitos, ánodos y cátodos para crear una es más eficiente energéticamente, más rentable y mucho más seguro que su forma actual.

Desde el uso de materiales relativamente más baratos (pero más seguros) como óxidos de silicio y vanadio hasta la creación de «nanoestructuras» dentro de las células para crear más superficie, los científicos están pensando en nuevas formas de mejorar la capacidad energética y las medidas de seguridad de las baterías de iones de litio actuales.