Les bateries d'ió de liti estan a tot arreu. Alimenten els nostres telèfons intel·ligents, ordinadors portàtils, cotxes elèctrics i molts altres dispositius que fem servir cada dia. Però quant en saps d'ells? En aquest blog, t'ajudarem a entendre tot el que cal saber sobre les bateries d'ions de liti.
Què són les bateries d'ions de liti i com funcionen?
Les bateries d'ió de liti, o bateries d'ió de liti per abreujar-se, són un tipus de bateria recarregable que utilitza ions de liti com a portador de càrrega principal. S'utilitzen habitualment en una varietat de dispositius, inclosos telèfons intel·ligents, ordinadors portàtils, vehicles elèctrics i cada cop més en sistemes d'energia solar.
Estructura bàsica d'una bateria de ions de liti
Una bateria d'ions de liti consta de diversos components clau:
- Ànode: Fabricat en grafit, l'ànode és on s'emmagatzemen els ions de liti quan es carrega la bateria.
- Càtode: Sovint compost per òxid de metall de liti, el càtode és on es mouen els ions de liti durant la descàrrega.
- Electròlit: Aquest és el medi que permet el flux d'ions entre l'ànode i el càtode.
- Separador: Un material porós prim que evita curtcircuits mantenint l'ànode i el càtode separats.
Com funcionen les bateries de ions de liti
El funcionament d'una bateria d'ions de liti gira al voltant del moviment dels ions de liti entre l'ànode i el càtode durant els cicles de càrrega i descàrrega.
Quan es carrega una bateria d'ions de liti, els ions de liti es mouen del càtode a l'ànode a través de l'electròlit. Durant aquest procés, els electrons flueixen del terminal positiu al terminal negatiu de la bateria, per això la bateria emmagatzema energia.
Quan la bateria està en ús (per exemple, alimentant un dispositiu), els ions de liti es mouen de l'ànode de nou al càtode, alliberant energia. Els electrons flueixen en sentit contrari a través del circuit extern, proporcionant energia elèctrica al dispositiu.
Tipus de bateries de liti
Òxid de cobalt de liti (LiCoO₂)
Les bateries de LiCoO₂ utilitzen òxid de cobalt com a material càtode, on s'emmagatzemen els ions de liti. Durant la descàrrega, els ions de liti es mouen de l'ànode (grafit) al càtode (LiCoO₂). Durant la càrrega, els ions de liti tornen del càtode a l'ànode. La xarxa d'òxid de cobalt permet que els ions de liti s'intercalin (s'insereixin) a l'estructura, proporcionant a la bateria la seva alta densitat d'energia.
Aplicacions comunes: Telèfons intel·ligents, ordinadors portàtils, càmeres digitals i altres aparells electrònics portàtils.
avantatges
Les bateries de LiCoO₂ proporcionen la densitat d'energia més alta entre les químiques de liti, cosa que els permet emmagatzemar més energia en una forma compacta i lleugera. Funcionen bé amb càrregues moderades, oferint una sortida de potència fiable i consistent per a dispositius que requereixen energia constant.
Desavantatges
Les bateries de LiCoO₂ són relativament cares a causa de l'alt cost del cobalt. Tendeixen a degradar-se més ràpidament i tenen un cicle de vida més curt en comparació amb altres químiques de liti.
Fosfat de ferro de liti (LiFePO₄)
LiFePO₄ utilitza fosfat de ferro de liti per al càtode, que té una estructura cristal·lina molt més estable que l'òxid de cobalt. Això es tradueix en una millor estabilitat tèrmica i característiques de seguretat. Els ions de liti s'intercalen i desintercalen del material del càtode durant els cicles de càrrega i descàrrega. L'ió fosfat fa que la bateria sigui inherentment més estable, amb menys risc de fuga tèrmica.
Aplicacions comunes: Vehicles elèctrics (VE), emmagatzematge d'energia solar i eines elèctriques.
avantatges
LiFePO₄ és conegut per la seva excel·lent estabilitat tèrmica i seguretat, per la qual cosa és menys propens a sobreescalfar-se o incendiar-se en comparació amb altres bateries de liti. Aquestes bateries també ofereixen una vida útil més llarga, sovint superant els 2,000 cicles de càrrega. Els materials utilitzats —ferro i fosfat— són més abundants i respectuosos amb el medi ambient que el cobalt o el níquel.
Desavantatges
Les bateries LiFePO₄ tenen una densitat d'energia més baixa que la LiCoO₂, cosa que les fa més voluminoses i pesades amb la mateixa quantitat d'energia emmagatzemada. Amb una tensió nominal d'uns 3.2 V, requereixen més cèl·lules per aconseguir la mateixa sortida de tensió que altres productes químics de liti. Tot i que generalment és menys costós que el LiCoO₂, el LiFePO₄ encara és més car que les bateries tradicionals de plom-àcid.
Òxid de manganès de liti (LiMn₂O₄)
LiMn₂O₄ utilitza una estructura d'espinel, on els ions de manganès es disposen en una xarxa tridimensional que permet que els ions de liti es moguin més fàcilment a través del material. El manganès és menys car i més abundant que el cobalt, però també proporciona una menor densitat energètica. Durant la càrrega i la descàrrega, els ions de liti es desplacen entre el càtode i l'ànode, però l'estructura d'òxid de manganès proporciona una bona estabilitat i seguretat durant el cicle.
Aplicacions comunes: Eines elèctriques, bicicletes elèctriques, vehicles elèctrics híbrids (HEV) i alguns vehicles elèctrics.
avantatges
LiMn₂O₄ ofereix una excel·lent resistència a la calor, que redueix els riscos associats amb el sobreescalfament o la fuga tèrmica. El manganès és més abundant i menys costós que el cobalt, la qual cosa fa que aquestes bateries siguin més assequibles que les basades en LiCoO₂. Les bateries LiMn₂O₄ poden oferir altes taxes de descàrrega, cosa que les fa ideals per a aplicacions que requereixen ràfegues d'energia.
Desavantatges
Igual que LiFePO₄, les bateries de LiMn₂O₄ tenen una densitat d'energia més baixa que LiCoO₂, el que significa que necessiten més espai per emmagatzemar la mateixa quantitat d'energia. Tot i que és més durador que el LiCoO₂, el cicle de vida del LiMn₂O₄ encara és més curt que el de LiFePO₄, especialment en un ús intensiu. Encara que és més estable tèrmicament que el LiCoO₂, el LiMn₂O₄ encara pot experimentar pèrdua de capacitat si s'exposa a altes temperatures durant períodes prolongats.
Níquel Manganès Cobalt (NMC)
La química de NMC combina níquel (que proporciona densitat energètica), cobalt (que estabilitza la bateria i millora la vida útil) i manganès (que millora la seguretat i l'estabilitat tèrmica). Les proporcions exactes de níquel, manganès i cobalt poden variar segons les propietats desitjades. Durant els cicles de càrrega i descàrrega, els ions de liti s'intercalen i desintercalen entre el càtode i l'ànode. Això dóna a les bateries NMC una alta densitat d'energia i una vida útil relativament llarga.
Aplicacions comunes: Vehicles elèctrics (VE), emmagatzematge d'energia a la xarxa i eines elèctriques.
avantatges
Les bateries NMC aconsegueixen un excel·lent equilibri entre l'alta densitat d'energia i la seguretat, cosa que les converteix en la millor opció per a vehicles elèctrics (EV) i sistemes d'emmagatzematge a gran escala. Amb un cicle de vida llarg, que sovint supera els 1,000 cicles depenent de la formulació específica, les bateries NMC proporcionen durabilitat.
Desavantatges
Les bateries NMC solen ser més cares que LiFePO₄ i LiMn₂O₄ a causa dels majors costos del níquel i el cobalt. El seu procés de producció és més complex, fet que pot comportar variacions de qualitat. Igual que LiCoO₂, NMC utilitza cobalt, despertant preocupacions sobre la sostenibilitat de la cadena de subministrament i les pràctiques mineres ètiques.
Òxid d'alumini de níquel cobalt (NCA)
La química de la bateria NCA utilitza una combinació d'òxids de níquel, cobalt i alumini, amb l'avantatge principal d'una alta densitat d'energia, la qual cosa la fa ideal per a aplicacions com els vehicles elèctrics (EV). L'addició d'alumini estabilitza la bateria, evitant que es degradi amb el temps. Les bateries NCA tenen una densitat d'energia lleugerament superior a les NMC, però són més cares a causa de l'ús de cobalt i níquel. La reacció química és similar a la NMC, on els ions de liti es mouen entre el càtode i l'ànode.
Aplicacions comunes: Vehicles elèctrics (EV), especialment per empreses com Tesla.
avantatges
Les bateries NCA ofereixen una de les densitats d'energia més altes entre les químiques de liti. Tenen un cicle de vida més llarg en comparació amb LiCoO₂ i altres productes químics de liti, proporcionant una major rendibilitat al llarg del temps. Les bateries NCA ofereixen una millor estabilitat tèrmica que LiCoO₂, encara que no tan alta com LiFePO₄.
Desavantatges
Les bateries NCA són cares a causa de l'ús de níquel, cobalt i alumini, que contribueixen al seu cost global més elevat. Igual que NMC, l'ús de cobalt planteja preocupacions sobre l'impacte ambiental i les pràctiques d'aprovisionament ètic.
Titanat de liti (Li₂TiO₃)
Li₂TiO₃ utilitza una estructura d'espinel similar a LiMn₂O₄ però amb ions de titani. El material té una xarxa cristal·lina molt estable, que li permet carregar i descarregar-se molt ràpidament, el que el fa ideal per a aplicacions que requereixen una càrrega ràpida. També té una vida útil excel·lent, amb un nombre de cicles de càrrega molt més elevat en comparació amb altres químiques. No obstant això, la seva menor densitat d'energia el fa menys adequat per a aplicacions on l'espai i el pes són molt importants.
Aplicacions comunes: aplicacions de càrrega ràpida, autobusos i sistemes d'emmagatzematge d'energia d'alta potència.
avantatges
Les bateries de Li₂TiO₃ es poden carregar en tan sols 10 minuts, el que les fa ideals per a aplicacions que requereixen una càrrega ràpida. Ofereixen un cicle de vida excepcional, que sovint supera els 10,000 cicles, cosa que els converteix en els més duradors entre les químiques de liti. Aquestes bateries funcionen bé en un ampli rang de temperatures, tant en condicions altes com baixes.
Desavantatges
La densitat d'energia de les bateries de Li₂TiO₃ és significativament menor que la d'altres productes químics de liti, la qual cosa limita la seva idoneïtat per a aplicacions intensives en energia com els vehicles elèctrics o l'electrònica de consum. A causa de la seva tecnologia i materials avançats, aquestes bateries són més cares que altres opcions de liti.
Les bateries d'ions de liti són les millors per a l'energia solar?
Les bateries d'ions de liti no són l'opció més barata, però són la millor opció per a l'emmagatzematge d'energia solar pel seu rendiment i valor a llarg termini.
Són coneguts per la seva alta densitat d'energia, el que significa que poden emmagatzemar molta energia en un paquet petit i lleuger, perfecte per a una llar o negoci amb espai limitat. Aquestes bateries també tenen una llarga vida útil, de 10 a 15 anys, i són altament eficients, recuperant al voltant del 90% o més de l'energia després d'una càrrega. Però el cost inicial de les bateries d'ions de liti encara és més elevat que les alternatives com les bateries de plom-àcid.
Altres opcions de bateria per a l'emmagatzematge d'energia solar:
-
Bateries de plom-àcid
Tradicionalment, bateries de plom-àcid s'han utilitzat en l'emmagatzematge d'energia solar i són més barats per endavant. No obstant això, tenen una menor densitat d'energia, una vida útil més curta (3-5 anys) i requereixen més manteniment, per la qual cosa són menys ideals per als sistemes solars moderns. -
Bateries de flux
Bateries de flux són una tecnologia més nova que ofereix una llarga vida útil i és especialment adequada per a l'emmagatzematge a gran escala. Però solen ser més voluminosos, tenen una densitat d'energia més baixa i són més cares que les bateries d'ió de liti. -
Bateries d'ions de sodi
Bateries d’ió de sodi estan sorgint com una alternativa potencial a les bateries d'ions de liti, oferint costos més baixos i una major sostenibilitat, ja que el sodi és més abundant i més barat que el liti. Encara no estan àmpliament disponibles i encara estan en fase de desenvolupament per a aplicacions solars.
Com utilitzar i mantenir les bateries d'ió de liti de manera segura i eficient
Les bateries d'ions de liti tenen una vida útil limitada, amb el seu rendiment i capacitat disminuint amb el temps i l'ús. Tanmateix, seguint algunes pràctiques recomanades, podeu ajudar a allargar-ne la vida útil i l'eficiència.
Eviteu la sobrecàrrega
No carregueu mai les bateries d'ió de liti més enllà del voltatge recomanat ni les deixeu endollades durant períodes prolongats després que estiguin completament carregades. La sobrecàrrega pot provocar sobreescalfament, inflor o fins i tot explosions. Per evitar-ho, utilitzeu un carregador intel·ligent que deixi de carregar automàticament un cop la bateria estigui plena o desconnecteu el carregador manualment quan la bateria arribi al 80%-90% de la capacitat.
Evita el sobreescalfament
L'exposició de les bateries d'ions de liti a altes temperatures, com ara la llum solar directa, el foc o les superfícies calentes, pot provocar fuites, fuites o explosions tèrmiques perilloses. Emmagatzemeu i utilitzeu sempre aquestes bateries en ambients frescs i secs, i eviteu-les si fan massa calor o fred.
Eviteu les descàrregues profundes
No descarregueu mai les bateries d'ió de liti per sota de la seva tensió mínima ni deixeu que es quedin completament sense energia. Si ho feu, pot causar danys permanents, com ara una capacitat reduïda, un augment de la resistència interna o una fallada total. Recarregueu les bateries quan la seva capacitat baixi al voltant del 20%-30% o utilitzeu un circuit de protecció per evitar una sobre-descàrrega.
Finalment
Si teniu previst utilitzar ions de liti per emmagatzemar energia solar a casa, us podem oferir una sèrie de productes d'emmagatzematge d'energia per a la llar, i podeu obtenir el millor pressupost i pla.
