¿Cuáles son los tipos de baterías? ¡Aprende las diferencias entre los tipos de celdas!

Las celdas de batería ahora se utilizan no solo en computadoras portátiles o juguetes. Con el aumento de la densidad de energía, pueden alimentar dispositivos más grandes: desde herramientas, pasando por scooters eléctricos y bicicletas, hasta autos eléctricos tan grandes como autobuses. Esto es posible porque en todas estas aplicaciones, podemos usar el mismo tipo de celdas (iones de litio). Sin embargo, todavía se están desarrollando nuevas soluciones. Por eso, vale la pena conocer las diferencias entre los tipos de baterías más populares.

Primeras celdas de batería – NiCd y NiMH

La historia de las celdas de batería comenzó en 1899 en Suecia cuando Waldemar Jungner construyó la primera celda de níquel-cadmio (NiCd). Los altos costos de los materiales utilizados en su producción limitaron significativamente el uso de estos tipos de baterías. Una desventaja adicional fue la alta toxicidad del cadmio. Sin embargo, pasaron casi 100 años principalmente por esta razón que la venta de baterías NiCd en Europa estaba legalmente restringida solo para aplicaciones industriales especiales.

En la década de 1990, surgió la tecnología de celdas de níquel-metal hidruro (NiMH). En términos de construcción, difieren de NiCd solo en el material del cátodo, lo que los hace significativamente más “ecológicos”. Ofrecen una capacidad de 30 a 40% mayor y tienen mayor resistencia al “efecto memoria” que las celdas NiCd. Además, la presencia de níquel aumenta la atracción por su reciclaje. Entre las principales desventajas de las celdas NiMH se encuentran su vida útil significativamente limitada, la necesidad de algoritmos de carga complejos y una gran caída en el rendimiento a bajas temperaturas.

Tipos modernos de celdas de batería. ¿En qué se diferencian?

El desarrollo de celdas de batería duró décadas, pero se aceleró significativamente solo en la década de 1990. Fue en esa década cuando los costos de producción de baterías modernas se volvieron más bajos, lo que llevó a un aumento en su uso, lo que a su vez estimuló el desarrollo de nuevas tecnologías de producción.

Celdas de iones de litio. ¿Qué vale la pena saber sobre ellas?

El descubrimiento de la batería de óxido de litio-cobalto se remonta a la década de 1970. John B. Goodenough la construyó entonces, utilizando un cátodo de óxido de litio y cobalto. En 1991, Sony introdujo las primeras baterías comerciales de iones de litio basadas en la tecnología LiCoO2 en el mercado.

Baterías populares 18650

Poco después, se desarrollaron celdas como las 18650, nombradas por sus dimensiones (diámetro de 18 mm, longitud de 65.0 mm). Las celdas de iones de litio también pueden tener otras formas y tamaños. Su producción comenzó a ser más barata a partir de 2001, lo que aseguró su enorme popularidad.

Aplicaciones de las celdas de iones de litio

Por otro lado, las celdas de iones de litio son susceptibles a la autoignición y explosiones en ciertas condiciones. De ahí la necesidad de sistemas especiales de gestión de baterías que aseguren la estabilidad de los procesos de carga y descarga y protejan la batería del sobrecalentamiento. En la práctica, el proceso de producción y el uso correcto tienen el mayor impacto en la estabilidad de las celdas de iones de litio. Por lo tanto, se recomienda usar baterías solo de fabricantes de buena reputación con dispositivos de carga dedicados.

Las celdas de iones de litio se usan comúnmente en:

• Electrónica de consumo (teléfonos, computadoras portátiles, cámaras digitales, bancos de energía, linternas, etc.),
• Sistemas de almacenamiento de energía para la industria,
• Algunos vehículos eléctricos.

Celdas de polímero de litio. ¿Por qué son tan populares?

Las celdas de polímero de litio son, de hecho, baterías de iones de litio en las que el electrolito líquido ha sido reemplazado por un polímero sólido o gelatinoso (pero no las confunda con las baterías de gel, donde el electrolito de gel es una mezcla de ácido sulfúrico con sílice).

En los diseños iniciales de las celdas de polímero de litio, el electrolito tomó la forma de una película plástica, cuya conductividad eléctrica a temperatura ambiente era baja. Calentar la celda a una temperatura entre 50°C y 60°C aumentaba su conductividad, lo que era principalmente inconveniente en muchas aplicaciones. Por eso se crearon celdas de polímero con un electrolito gelificado, que tienen un rendimiento aceptable a temperatura ambiente.

A diferencia de las celdas de iones de litio, las baterías Li-Po no necesitan carcasas rígidas, lo que reduce su peso en más del 20% y permite formas de batería adaptadas a dispositivos. Una celda de polímero de litio puede ser tan delgada como una tarjeta de crédito. Por estas razones, se usan en computadoras portátiles, teléfonos inteligentes y otros dispositivos portátiles. Además, las celdas Li-Po también se encuentran en dispositivos médicos móviles y vehículos operados a distancia (por ejemplo, drones).

Baterías LFP, LiFePO4 – ¿qué son?

Un tipo de celda de polímero de litio con un electrolito gelificado es la batería LFP, también conocida como LiFePO4 debido a que su electrodo positivo está hecho de hierro y fósforo.

Actualmente, estas son las baterías más seguras del mercado, más resistentes al daño mecánico (especialmente la perforación). También muestran una alta resistencia a condiciones de funcionamiento inadecuadas, lo que las hace adecuadas para la industria pesada y otras aplicaciones exigentes (incluida la descarga profunda). En comparación con las celdas NCA/NCM, son más baratas pero tienen una menor densidad de energía. Sufren de un rendimiento reducido a bajas temperaturas. Utilizadas adecuadamente, logran una vida útil de 3500 a 5000 ciclos, lo que corresponde a un período de uso de 8 a incluso 10 años.

Las baterías LFP se usan más comúnmente en:

• Automóviles eléctricos, especialmente en modelos más baratos, como Tesla en la versión de Rango Estándar,
• Telecomunicaciones, energía, industria y medicina,
• Suministro de energía de emergencia y sistemas de alarma,
• Iluminación de evacuación,
• Instalaciones fotovoltaicas,
• Suministro de energía a bordo en botes, campistas, remolques,
• Cada vez más en vehículos de almacén (montacargas).

Celdas NCA: la información más importante

Panasonic produce celdas NCA. Esta construcción utiliza cátodos hechos de una mezcla de níquel, cobalto y aluminio. Esto permite que las celdas NCA funcionen a las tasas de carga más altas y tengan una alta densidad de energía (200-260 Wh/kg) pero la vida útil más corta. Además, su vida útil disminuye no solo debido al uso, sino también debido al “envejecimiento” de la celda.

Junto con NMC, las celdas NCA se utilizan principalmente para alimentar automóviles eléctricos. También se usan en sistemas de almacenamiento de energía, pero esporádicamente en electrónica de consumo.

Celdas NMC: ¿conoces estos datos?

1. La producción de celdas NMC comenzó en 2009.
2. Su electrodo positivo está hecho de una mezcla de níquel, manganeso y cobalto.
3. Las proporciones de estos componentes determinan los precios de estas celdas y sus propiedades, como la densidad de energía (150-200 Wh/kg) o la potencia específica.
4. En comparación con las baterías LFP, tienen una vida útil más corta (de 800 a 2000 ciclos), y aunque muestran estabilidad en los componentes químicos utilizados, son menos seguras que las celdas LiFePO4.
5. Al igual que LiFePO4, las celdas NMC contienen electrolitos tipo gel pero funcionan mejor a bajas temperaturas.
6. Están entre las celdas más comúnmente utilizadas en la electromovilidad debido al compromiso entre la densidad de energía y la seguridad.

Las celdas NMC se utilizan principalmente para alimentar:

• Herramientas eléctricas,
• Teléfonos, computadoras portátiles,
• Montacargas y carretillas elevadoras (especialmente los modelos más compactos),
• Automóviles eléctricos con las baterías más grandes (por ejemplo, Tesla, modelos de Rango Largo y Performance).

Baterías semiconductoras seguras

Para la seguridad de uso, las baterías semiconductoras, es decir, las baterías de estado sólido, parecen ser más atractivas. Principalmente porque eliminan el electrolito líquido que contiene hidrocarburos, lo que lo convierte en un excelente combustible. Por eso las baterías de iones de litio sobrecalentadas queman tan efectivamente. Las baterías de estado sólido también tienen una mayor densidad de energía y pueden operar en un rango de temperatura más amplio.