¿Por qué son importantes las baterías de iones de litio?

¿Qué es una celda 18650?

El mundo cada vez está alejandose más de los combustibles fósiles y algún día se convertirá en totalmente eléctrico.

Cada vez que el planeta ha utilizado una nueva forma de generar energía, ya sea de fuego, vapor o diesel, ha habido mejoras fundamentales y de amplio alcance en nuestras vidas. Por eso creemos que la energía eléctrica almacenada en las baterías tendrá grandes implicaciones para el mundo en los próximos veinte años, ya que tecnologías como vehículos eléctricos, casas inteligentes, robótica y recolección de energía solar son capaces de alcanzar su potencial energético total utilizando estos nuevos medios.

El litio-ion es la química que más promete en todas las baterías. Los fabricantes de iones de litio mejoran regularmente, y los objetivos para alcanzar la densidad de energía necesaria para una plena reconversión energética parecen alcanzables. Grandes inversiones como Gigafactory de Tesla actúan como una evidencia afirmando su papel como productores en la próxima generación de baterías necesaria para revolucionar el almacenamiento de energía.

Forma

Las láminas finas y planas de metales que comprenden los ánodos y cátodos de la celda se apilan una sobre la otra y se enrollan muy juntas. Los iones de litio se mueven entre estas capas, en una dirección cuando la batería se está cargando y en la dirección opuesta cuando está descargando. El rodillo apretado de ánodos y cátodos se comprime en un cilindro de acero duro con una tapa abierta, y finalmente se tapa con el polo positivo y se sella. El polímero de litio, o li-po celdas, por otro lado pueden ser de diferentes formas.

Tamaño

La batería 18650 (18 mm por 65 mm) es un tipo de clasificación según el tamaño de las baterías de iones de litio. Si alguna vez ha tenido una en la mano, probablemente notó que es la misma forma, pero un poco más grande que una batería AA. Las pilas AA por comparación a veces se llaman baterías 14500, porque tienen un diámetro de 14 mm y altura de 50 mm. Las baterías cilíndricas de iones de litio siguen la misma nomenclatura, cuyo nombre está determinado por su tamaño (diámetro, seguido de altura).

Precio

Las dos especificaciones más importantes para las celdas 18650 son la capacidad medida en mAh (miliamperios) y la descarga continua máxima medida en A (amperios). Al seleccionar un tipo de batería debe favorecer uno sobre el otro. Las baterías de alta capacidad son más caras. La descarga continua y las baterías de alto amperaje tienen una capacidad más baja. Las baterías de la más alta capacidad típicas en 2015 son ~ 3500mAh, y las baterías del más alto-amperio son 30A.

Falsificaciones

Las celdas y baterias falsificadas son un problema creciente. Estas baterías son a menudo peligrosas y están marcadas con especificaciones exageradas. Muchas baterías usadas se vuelven a envasar como nuevas y con etiqueta blanca. Las medidas contra la falsificación son muy importantes para los minoristas o fabricantes para garantizar la seguridad de los usuarios.

Economía

Más del 40% de las baterías del mundo son de iones de litio. La batería 18650 es uno de los tipos de batería de iones de litio más ampliamente producidos, ya que se encuentra en portátiles, herramientas eléctricas, robots, vehículos eléctricos, vaporizadores, rejillas solares y casi cualquier aplicación que se pueda imaginar que desee almacenar energía eléctrica más eficientemente. El costo de fabricar un 18650 ha bajado de menos de 10 € para ~ 1500mAh (hace veinte años) a menos de 2 € para ~ 3000mAh (hoy). A medida que el costo por kilovatio / hora continúa disminuyendo, aparecen nuevas aplicaciones y usos para poder utilizar esta tecnología.

Paquetes

Cuando se habla específicamente de baterías de iones de litio, es importante, dependiendo de la industria distinguir entre una celda y una batería. Una celda se habitualmente se define como un individuo suelto, sin protección. Una batería se define entonces como el conjunto más grande: una batería compuesta de muchas celdas con un PCB central (circuito de protección) como un BMS (sistema de gestión de baterías). Casi todas las  cedas 18650 se venden para su montaje en una batería o un paquete de baterías. El circuito de protección de la batería tiene importantes funciones como protección de sobrecarga y balanceo de carga.

La seguridad

La química de la batería de iones de litio cada año es más seguro. Las celdas son ahora muy resistentes y la mayoría de las veces no existe ningún problema. Sin embargo, en algunas circunstancias, las celdas funcionan incorrectamente debido a una manipulación incorrecta, por ejemplo por cortocircuito o perforación de las mismas. También se han producido accidentes de aviones debido a los eventos de descenso térmico de iones de litio (probablemente iniciados por los cambios en la presión) - por lo que el envío de 18650 baterías por aire es cada vez más difícil.

Voltaje

Las celdas 18650 se clasifican generalmente en 3,6, 3,7 y, a veces, 3,65 voltios. El rango de voltaje completo para la mayoría de los 18650  está entre 2,5 voltios y 4,2 voltios.  El ir por encima o por debajo de este rango durante la carga o descarga puede desembocar en generación de calor, humo, fuego o explosión.

Mejora

Año tras año, se produce una mejora del 8% a la capacidad de la batería del li-iones. Esto es lento pero significa un crecimiento exponencial. Dentro de cada química de la batería, la mejora es lineal. Por lo tanto, se necesitan nuevas generaciones de baterías con nuevos paradigmas químicos (todos pueden ser de iones de litio, con diferentes químicos) para permitir un crecimiento exponencial. Se espera que este crecimiento continúe por al menos 25 años.

Envío

El envío de baterías de iones de litio es notoriamente difícil, ya que se clasifican como uno de los productos más peligrosos del mundo debido a su naturaleza explosiva a bordo de aviones. Los reglamentos de embalaje y aduanas son muy estrictos y se debe tener cuidado para mantenerse al día con los cambios de regulacion en varios países. Los paquetes de baterías personalizadas necesitan una licencia especial de la ONU que cuesta decenas de miles de euros para ser permitidos a bordo de los aviones de carga. El transporte marítimo es significativamente menos regulado, pero aún así tiene sus pros y sus contras.

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