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…
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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.
Cuando vas a elegir una nueva batería para un dispositivo, deberías conocer algunas de las características más importantes en las que debes fijarte:
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Durante casi medio siglo, los dispositivos que necesitaban de una batería han usado casi exclusivamente baterías recargables de níquel y cadmio (NiCd). Pero tras su restricción en la década de los 90 por cuestiones medioambientales, se comenzaron a popularizar las de hidruro de níquel-metal o NiMH que todos conocemos actualmente.
Este tipo de baterías difiere con las de litio en que las celdas tienen una estructura de níquel similar a las de NiCd, y suelen venir con carcasas de botón, cilíndricas, prismáticas o rectangulares. Son las pilas más habituales en todo tipo de objetos de la vida cotidiana que funcionan con ellas, desde una linterna, pasando por un reloj, hasta un juguete radiocontrol.
Las ventajas de las baterías NiMH son:
En cuanto a las desventajas más notables están:
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:
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.
Entre las principales ventajas de las baterías de litio están:
Por otro lado, las desventajas de las baterías de iones de litio son:
A principios del siglo XXI se desarrollaron las primeras batería de polímero de litio. Se hicieron muy famosas como alternativa a las Li-Ion, aunque lo cierto es que existen más baterías Li-Ion en el mercado que Li-Po. No obstante, hay que reconocer que tienen sus ventajas con respecto a las Li-ion, pero también tienen algunas limitaciones.
En este caso, las baterías se diferencian por el tipo de electrolito utilizado, que es un polímero de litio. Se desarrolló por primera vez en la década de 1970, consiguiendo un polímero para crear un electrolito sólido y seco similar a un plástico. De este modo, se posibilita el intercambio iónico y se sustituye el separador poroso saturado de electrolito de las Li-Ion. Lo que se consigue es que no tengan tanto peligro de derrame.
El polímero sólido tiene poca conductividad a temperatura ambiente y la batería debe calentarse a 50-60 °C (122-140 °F) para permitir que fluya la corriente, algo que no ocurría con las baterías de Li-Ion. Para que una celda moderna de polímero de litio conduzca electricidad a temperatura ambiente, el electrolito se gelifica. Es decir, las actuales baterías Li-Po no tienen un polímero realmente, sino un gel.
El polímero de litio se puede construir de varias maneras, como:
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.
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