Baterías de Litio vs LiPo vs Níquel ¿Cuáles son sus diferencias?

Las baterías de litio han sido las que se han impuesto en los nuevos dispositivos móviles, portátiles, e incluso en otros dispositivos como robots, aspiradoras, herramientas sin cables, etc. Sin embargo, no son las únicas baterías que existen, también son bastante populares las de níquel, aunque estás estén relegadas a otro tipo de dispositivos.

Por esto, en este artículo te mostraré todo lo que tienes que saber sobre estas baterías o pilas recargables, las diferencias, y sus ventajas y desventajas más notables…

Historia de las baterías recargables

La primera batería recargable de la historia fue una basada en ácido de plomo, es decir una pila secundaria o acumulador, como se suele denominar. Este tipo de baterías siguen presentes en muchos vehículos actuales. Fue desarrollada en Francia a mediados del siglo XIX. Antes de eso, todas las baterías eran celdas primarias, lo que significaba que no podrían recargarse.

En 1899, Waldemar Jungner, en Suecia, inventó la batería de níquel-cadmio (NiCd), que usaba cadmio como electrodo positivo (cátodo) y níquel como electrodo negativo (ánodo). Este tipo de baterías o pilas también se hicieron populares, aunque su elevado precio en comparación con el plomo limitó su expansión a ciertas áreas.

Más tarde, en 1990, los ecologistas europeos comenzaron a preocuparse por el daño que causaban al medio las baterías de NiCd, por lo que se terminarían restringiendo en la Unión Europea bajo la Directiva de Baterías 2006/66/EC. Actualmente solo se pueden encontrar para uso industrial, pero no tienen una alternativa suficientemente buena.

Una alternativa para este tipo de baterías recargables surgió también de la mano del níquel, pero esta vez en forma de NiMH (hidruro níquel-metal). Este tipo de baterías es más respetuosa con el medio ambiente pero de características similares al NiCd. Por eso, se han extendido como una de las baterías más usadas en todo tipo de dispositivos cotidianos: relojes, linternas, mandos a distancia, básculas, algunos periféricos inalámbricos, etc.

Actualmente, desde que las baterías de litio fueron introducidas por primera vez en 1991 por Sony, la mayoría de esfuerzos se centra en ir mejorando la capacidad y densidad de energía que se puede almacenar en este tipo de baterías, además de optimizar otras características como extender la vita útil, hacerla más respetuosa con el medio ambiente, obtener cargas más rápidas, etc. Y es que el litio tiene grandes ventajas, por eso es el rey actual de los dispositivos móviles, robots, portátiles, vehículos eléctricos, cámaras digitales, herramientas inalámbricas, etc.

El mercado de los dispositivos que usan baterías es enorme y cada vez más creciente. Por ello, el negocio de las baterías se ha convertido en uno de los más fructíferos de la actualidad. Además, los departamentos de márketing de las empresas lo están vendiendo como algo ECO o respetuoso, pese a que la producción y el reciclaje de las baterías supone todo un desafío.

Características de la batería recargable

Cuando vas a elegir una nueva batería para un dispositivo, deberías conocer algunas de las características más importantes en las que debes fijarte:

• Tipo de batería: existen multitud de tipos y formatos de batería que deberías tener presente, ya que de lo contrario podría no ser compatible con el dispositivo. Por ejemplo, tenemos pilas de petaca, de botón, etc.
• Voltaje: es el voltaje que es capaz de suministrar la batería. Aunque luego pueda ser rectificado mediante otros circuitos adicionales, también es importante según para qué lo vayas a destinar.
• Curva de tasa de descarga: es un gráfico de voltaje en función del porcentaje de capacidad descargada. Una curva de tasa de descarga plana sería lo óptimo porque significa que el voltaje permanece constante a medida que la batería se desgasta. Es decir, desde que está al 100% hasta que se agota al 0% daría un voltaje estable.
• Capacidad: es la cantidad de energía eléctrica involucrada en una reacción electroquímica. Se puede medir con diferentes unidades, como Whr o vatios por hora que es capaz de dar, o también en mAh o miliamperios por hora. Por ejemplo, una batería de 3000 mAh es capaz de dar 3 A durante una hora o 1.5 A durante dos horas, y así sucesivamente…
• Densidad de energía: específica es la energía que se puede obtener por unidad de masa de la celda (o a veces por unidad de masa de material de electrodo activo). Es el producto de la capacidad específica y el voltaje de operación durante un ciclo completo de descarga. Mientras mayor sea, mucho mejor, puesto que mayor energía tendrás con un mismo peso.
• Densidad de potencia: es la potencia que se puede obtener por unidad de masa de la celda y se mide en W/kg o vatios por kilogramo. Es decir, por cada kilogramo de batería, cuántos vatios de potencia puede aportar.
• Dependencia de la temperatura: la velocidad de la reacción en la celda dependerá de la temperatura según las teorías cinéticas. La resistencia interna también varía con la temperatura; las bajas temperaturas producen una mayor resistencia interna. A temperaturas muy bajas, el electrolito puede congelarse y proporcionar un voltaje más bajo, porque se impide el movimiento de iones. A temperaturas muy altas, los productos químicos pueden descomponerse o puede haber suficiente energía disponible para activar reacciones reversibles no deseadas, lo que reduce la eficiencia.
• Vida útil: otro factor muy importante, ya que determinará cuánto va a durar la batería. El ciclo de vida de la batería recargable se define como el número de ciclos de carga/descarga que una celda secundaria puede completar antes de que su capacidad caiga al 80% de su valor original. Esto varía mucho en función del tipo de batería (litio, Níquel…). Algunas pueden durar miles de ciclos antes de ir cada vez presentando menos capacidad.
• Capacidad de descarga profunda: existe una dependencia logarítmica entre la profundidad de descarga y la vida útil de la batería, por lo que la vida útil de la batería puede aumentar significativamente si la batería no está completamente descargada; por ejemplo, si mantienes la batería entre el 40 y el 80% de carga, durará más que si está completamente descargada o con valores más altos.

Quizás también te interese conocer:

• mAh: qué es
• Whr: qué es

Baterías recargables de hidruro metálico de níquel (NiMH)

Ventajas

Las ventajas de las baterías NiMH son:

1. Pueden tener mayor densidad que las de NiCd, lo que significa cargas de hasta un 30-40% superior.
2. No son tan propensas al efecto memoria como las de NiCd.
3. Fácil de almacenar y transportar. No están sujetas a ningún control.
4. Respetuosas con el medio ambiente, contiene solo tóxicos no demasiado preocupantes como lo era el cadmio (metal pesado).
5. El contenido de níquel hace viable el reciclaje.

Desventajas

En cuanto a las desventajas más notables están:

1. Vida útil limitada. Tras una descarga profunda se verá limitada su capacidad.
2. Requiere un algoritmo de carga complejo.
3. Tolera mal la sobrecarga. Por tanto, no es bueno dejarlas cargando por encima del tiempo estimado.
4. Genera calor durante la carga.
5. Alta autodescarga cuando no se está usando.
6. La eficiencia disminuye si la batería se almacena a temperaturas más altas. Debe cargarse al 40% almacenado en un lugar fresco a.

Baterías recargables de iones de litio (Li-Ion)

John B. Goodenough inventó las celdas de óxido de litio-cobalto en 1922. Sin embargo, unos años antes de eso, Sony ya había anunciado que tenía una patente internacional sobre el cátodo de óxido de litio y cobalto. Tras años de litigio por hacerse con la patente, Sony logró ganar la batalla judicial de la que se ha convertido en la batería más importante de la actualidad.

Estas baterías de litio tienen una mayor densidad de energía, por lo que pueden almacenar más carga en un mismo espacio, lo que es una enorme ventaja. Las celdas pueden tener un voltaje de hasta 3.6V y los materiales activos y electrolitos mejorados pueden aumentar aún más la densidad de estas baterías.

No solo eso, las características de carga también son muy buenas, la curva de tasa de descarga es bastante plana de 3.7-2.8V/celda y no sufren apenas de efecto memoria. En cuanto a su precio de producción, han ido bajando de forma exponencial conforme la tecnología ha ido mejorando. Por ejemplo, en 1994 las baterías 18650 podían costar hasta 10$ por unidad para capacidades de 1100 mAh. En 2001 ya se había conseguido capacidades de 1900 mAh con costes de producción por debajo de los 3$ y así ha continuado hasta nuestros días.

También hay que destacar que las baterías de litio no necesitan apenas mantenimiento, lo cual es una gran ventaja frente a otras como las de plomo. Tampoco tendrás que preocuparte por la descarga completa deliberada, ya que no es necesaria. Y la tasa de autodescargas es incluso menos de la mitad que las pilas basadas en níquel, lo cual es positivo.

El voltaje de celda nominal de 3,60 V puede alimentar directamente dispositivos digitales como portátiles, dispositivos móviles, etc. Las desventajas incluyen la necesidad de circuitos de protección para evitar una posible ignición espontánea o explosión. Una desventaja adicional es el alto precio.

Los tipos de baterías de iones de litio se clasifican según los sistemas electroquímicos utilizados en ellas:

• (+) MLi / electrolito orgánico / C (–), donde la letra M indica el metal base del electrodo
• C – cobalto
• N – níquel
• M – manganeso
• V – vanadio
• T-titanio

Las baterías de iones de litio tienen carcasas herméticas que contienen circuitos de control de protección. Los materiales de los electrodos se aplican sobre películas muy finas (cobre y aluminio), divididas por un separador.

Ventajas de las baterías de litio (Li-Ion)

Entre las principales ventajas de las baterías de litio están:

1. Alta densidad.
2. Baja tasa de autodescarga, siendo menos de la mitad de las de NiCd y NiMH
3. No se ven afectadas por el efecto memoria.
4. Mantenimiento escaso
5. No necesitan descara periódica.

Desventajas de una batería litio (Li-ion)

Por otro lado, las desventajas de las baterías de iones de litio son:

1. Necesita un circuito de protección para limitar el voltaje y la corriente.
2. Evejece y tiene una vida útil limitada, similar a la de otros productos químicos.
3. Se aplican estrictas normas de transporte para este tipo de baterías por el riesgo de inflamación o explosión al reaccionar con el contacto con el oxígeno del aire.

Batería de polímero de litio (Li-Po)

El polímero de litio se puede construir de varias maneras, como:

• Li-cobalto
• NMC
• Li-fosfato
• Li-manganeso

Por esta razón, la batería de polímero de litio no se considera especial en comparación con la batería de iones de litio. La mayoría de las celdas secundarias de polímero de litio destinadas al mercado de consumo se basan en circuitos de litio-cobalto. En lo que respecta al usuario, un polímero de litio es esencialmente lo mismo que una batería de iones de litio. Ambos sistemas utilizan material de ánodo y cátodo idéntico y contienen una cantidad similar de electrolito.

Aunque las características y la eficiencia de ambos sistemas son similares, el polímero de litio es especial porque es un electrolito microporoso y reemplaza al tradicional separador poroso. El electrolito gelificado se convierte en un catalizador que mejora la conductividad eléctrica. El polímero de litio ofrece una energía específica ligeramente superior y las baterías que lo utilizan pueden ser más delgadas que las celdas de iones de litio convencionales.

Pero a cambio de estas ventajas tenemos un coste de producción que puede ser de entre el 10% y el 30% más alto con respecto a las de Li-Ion. Por ese motivo, no se suelen ver en la mayoría de dispositivos, que prefieren seguir usando Li-Ion. Solo son comunes en algunos modelos premium donde el precio no es un problema.

Mientras que una batería de iones de litio estándar requiere una carcasa rígida para comprimir los electrodos, el polímero de litio utiliza láminas laminadas que no requieren compresión. Tal carcasa de aluminio reduce el peso en más del 20 %, además, la tecnología de película delgada hace que el diseño del formato sea libre, y la batería se puede fabricar en cualquier forma.

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Por último, las características de carga y descarga del polímero de litio son idénticas a las de otros sistemas de iones de litio y no requieren un cargador especial. Los aspectos de seguridad también son similares.