¿Qué son las Baterías de Litio?
Una batería de litio es un tipo de batería química que utiliza una reacción química para generar electricidad. Aunque el nombre es similar al de las baterías de iones de litio y puede confundirse fácilmente, las baterías de litio son baterías recargables basadas en una reacción de intercalación que utiliza un material de carbono capaz de almacenar iones de litio como electrodo negativo.
Las baterías de litio, por otro lado, utilizan litio metálico o aleaciones de litio para el electrodo negativo y son generalmente baterías primarias no recargables.
El dióxido de manganeso, el fluoruro de grafito y el disulfuro de hierro se utilizan para el electrodo positivo de las baterías de litio, pero las que utilizan dióxido de manganeso son las más comunes. Debido a esto, las baterías de litio se refieren generalmente a las baterías de litio y dióxido de manganeso.
Usos de las Baterías de Litio
El litio tiene la mayor tendencia a cationizarse y es el más ligero de los metales. Por esta razón, las baterías de litio se caracterizan por su alto voltaje, peso ligero y alta densidad energética. Se utilizan mucho como fuente de energía interna para relojes y memoria de reserva en diversos equipos eléctricos domésticos, como grabadoras Blu-ray/DVD, cámaras digitales, videoconsolas, ollas arroceras y dispositivos de comunicación.
Algunos tipos también tienen características de descarga estable, fiabilidad a largo plazo y una excelente vida útil a altas temperaturas, por lo que se utilizan ampliamente como fuentes de energía para equipos críticos como diversos contadores de agua, electricidad y gas y contadores inteligentes, alarmas contra incendios, equipos de seguridad y dispositivos médicos.
Principio de las Baterías de Litio
Las baterías de litio utilizan dióxido de manganeso, fluoruro de grafito o disulfuro de hierro para el electrodo positivo, litio metálico para el electrodo negativo y un electrolito orgánico fabricado disolviendo sales de litio en un disolvente orgánico como electrolito.
El litio metálico del ánodo se ioniza desde el punto de contacto con el electrolito, disolviéndose en el electrolito en forma de iones de litio, y se genera un electrón por cada átomo de litio litiado. A continuación, los electrones se desplazan del ánodo al cátodo a través de un conductor y los iones de litio a través del electrolito, provocando una reacción química con el material del cátodo.
Características de las Baterías de Litio
En comparación con otras pilas como las alcalinas, las baterías de litio tienen las siguientes características
1. Peso Ligero y Alto Voltaje
Mientras que las pilas alcalinas tienen una tensión nominal de 1,5 V, las de dióxido de manganeso, más utilizadas, tienen una tensión nominal superior, de 3 V. Su ligereza, alto voltaje, alta densidad energética y la posibilidad de reducir el número de pilas necesarias de dos o más a una sola hacen que puedan utilizarse en dispositivos más pequeños.
2. Baja Autodescarga y Larga Vida Útil
El cátodo de las baterías de litio es un material químicamente estable que no se deteriora fácilmente y puede mantener más del 90% de su capacidad incluso después de 10 años de almacenamiento.
Además, una comparación de la vida útil de las baterías en equipos que requieren una corriente relativamente alta (por ejemplo, equipos fotográficos) muestra que cabe esperar que las baterías de litio duren aproximadamente el doble que las pilas secas alcalinas. Las baterías de litio son más caras que las pilas secas, pero se reduce la frecuencia de sustitución de las pilas, lo que puede ser ventajoso en términos de coste total en equipos que requieren un alto consumo de corriente.
Sin embargo, cuando se utilizan en equipos con bajo consumo de corriente, como calculadoras y transmisores de control remoto de TV, la diferencia en la vida útil entre las pilas de litio y las pilas secas es pequeña y no hay ninguna ventaja.
3. Amplio Rango de Temperaturas
Como el electrolito de las pilas alcalinas, como las pilas secas ampliamente utilizadas, es una solución acuosa, la actividad de reacción disminuye en entornos de baja temperatura, y si el electrolito se congela, la pila no funcionará como tal. Por este motivo, el intervalo de temperatura de funcionamiento recomendado para las pilas alcalinas es de 5°C – 45°C.
Las baterías de litio, por otro lado, utilizan un electrolito orgánico y tienen un punto de congelación muy bajo. También son relativamente estables a altas temperaturas, por lo que se puede extraer energía en un amplio rango de temperaturas. La gama de temperaturas de funcionamiento para los productos ordinarios es de -30 a 70°C, y para los tipos resistentes al calor, de -40 a 125°C.
Debido a estas características, se utilizan como fuentes de energía para equipos en montañismo en nieve, cámaras para fotografía y grabación de vídeo, etc.
Tipos de Baterías de Litio
Las baterías de litio son generalmente baterías primarias que no pueden cargarse ni descargarse, pero también existen pilas de litio recargables. Esta sección presenta cada una de ellas.
Baterías de Litio primarias
Las baterías de litio primarias disponibles en el mercado se pueden clasificar por su forma en tres tipos: baterías de litio cilíndricas, baterías de litio en forma de moneda y baterías de litio en forma de clavija.
1. Baterías de Litio cilíndricas
Las baterías de litio cilíndricas se caracterizan por una baja autodescarga y una elevada potencia de salida. Como material catódico se utiliza principalmente fluoruro de grafito o dióxido de manganeso, ambos con una tensión nominal de salida de 3 V. El fluoruro de grafito tiene una excelente vida útil a largo plazo y se utiliza como fuente de energía en contadores inteligentes de gas y agua. El dióxido de manganeso es adecuado para suministrar grandes corrientes y se utiliza en equipos fotográficos como cámaras. Las baterías de litio que utilizan sulfuro de hierro como material del electrodo positivo tienen una tensión de salida de alrededor de 1,5 V y se venden como sustitutos de las pilas AA y AAA.
2. Baterías de Litio tipo Moneda
El material del electrodo positivo de las baterías de litio tipo moneda es fluoruro de grafito o dióxido de manganeso. Se caracterizan por su delgadez y compacidad y se utilizan como fuente de energía de reserva para funciones de memoria y reloj en productos eléctricos y equipos informáticos. También se utilizan en sistemas de entrada sin llave para automóviles y en luces ultracompactas.
3. Baterías de Litio tipo pin
Las baterías de litio tipo pin son largas, delgadas y compactas, y el material del electrodo positivo es fluoruro de grafito. Sus principales aplicaciones son los flotadores eléctricos para la pesca y los pequeños transmisores de radio.
Baterías de Litio Recargables
Mientras que las baterías de litio ordinarias son baterías primarias que no pueden recargarse, también existen baterías secundarias de litio que pueden recargarse utilizando un compuesto como el vanadio o el titanio para el electrodo positivo y litio metálico o un compuesto o aleación de litio como el aluminio o el titanio para el electrodo negativo, en forma de moneda.
No sólo tienen las mismas excelentes propiedades que las baterías de litio primarias, sino que también presentan excelentes características de ciclo de carga-descarga. Son adecuadas para dispositivos en los que no se quiere o no se puede sustituir la baterías de litio a mitad de camino. Ejemplos de uso son los relojes alimentados por energía solar y las fuentes de alimentación de reserva para relojes de pulsera.