Tema: Baterías de Litio 

Contenido

1. ¿Qué son las baterías de litio?
2. ¿Qué es el litio?
3. ¿Cómo se desarrollaron las bterías de litio?
4. ¿Qué tipo de baterías de litio existen?
5. Aplicaciones de las baterías de litio
6. ¿Cómo se integra una bateria de litio en un sistema solar?
7. ¿Qué capacidad de batería necesito para mi sistema solar?
8. ¿Cómo se configura un controlador solar para baterías de litio?
9. ¿Cuáles son las ventajas de las baterías de litio?
10. ¿Cuál es la vida util de las baterias de litio?
11. ¿Qué mantenimiento requiere una batería de litio?
12. ¿Qué pasa si una batería de litio se descarga completamente?
13. ¿Cómo prevenir la descarga completa en un sistema solar?
14. ¿Se pueden reparar las baterías de litio?
15. 5 pasos para la reparación de una batería de litio.
16. ¿Son Ecologicas las baterías de litio?
17. ¿Qué futuro tienen las baterías de litio?

¿Qué es el litio?
El litio es un material blando de color blanco plateado que es altamente reactivo y no se encuentra en la naturaleza en su forma natural. En la naturaleza, se presenta como compuestos dentro de depósitos de roca dura. El litio y sus componentes químicos tienen una amplia gama de aplicaciones industriales que dan como resultados numerosos usos químicos y técnicos.

El surgimiento de estos mercado está impulsado por un deseo global de reducir las emisiones de carbono y romper con las redes de insfraestructuras tradicionales. Este cambio en el uso de energía está respaldado por la mejora de la economía de las baterías de litio. 

¿Qué son las baterías de litio?

Las baterías de litio son un tipo de batería recargable en la que los iones de litio se mueven del electrodo negativo (ánodo) al electrodo positivo (cátodo) durante la descarga, y del cátodo al ánodo cuando se carga. Las baterías de iones de litio son muy comunes en la electrónica de consumo portátil debido a su alta proporción de energía peso, la falta del efecto memoria y la pérdida lenta de carga cuando no están en uso. Además de la electrónica de consumo, las baterías de iones de litio se utilizan cada vez en más aplicaciones de defensa, automoción aeroespaciales debido a su alta densidad energética.

Aplicaciones de las baterías de litio

• Automóviles eléctricos.
• Scooters eléctricos.
• Bicicletas eléctricas.
• Sistemas de energía ininterrumpida (UPS) en instalaciones solares para casas.
• Almacenamiento de energía para estaciones de carga de vehículos eléctricos.
• Celulares, tablets, cámaras y computadoras. 

¿Cuáles son las ventajas de las baterías de litio?

Mantenimiento: A diferencia de las baterías de plomo-ácido inundadas con niveles de agua que deben monitorearse, las baterías de iones de litio no necesitan hidratarse. Esto reduce el mantenimiento necesaria para mantener las baterías en funcionamiento, lo que también eliminar la capacitación de nuevos miembros del equipo en el procedimiento y las máquinas de monitoreo para garantizar que los niveles de agua sean correctos. 

Vida útil: La vida útil de las baterías de litio de gran capacidad puede ser de 10 años o más. 

Mayor seguridad: Mejor calidad de aire al interior de las edificaciones, reduce el riesgo de accidentes al eliminar la exposición a combustibles inflamables y al ácido de baterías de plomo. Con las baterías de litio tendrá un funcionamiento silencioso.

Impacto ambiental: Las baterías de litio brindan importantes beneficios ambientales sobre otras alternativas de combustibles fósiles. Con el aumento constante de vehículos eléctricos, se evidencia la reducción de emisiones de carbono.

¿Cómo se desarrollaron las baterías de litio?

Durante las crisis del petróleo en la década de 1970, Stanly Whittingham, un químico inglés que trabajaba para Exxon Mobile, comenzó a explorar la idea de una nueva batería, una que pudiera recargarse por sí sola en un corto periodo de tiempo. 

En su primer momento, intentó usar disulfuro de titanio y metal de litio como electrodos, pero la combinación planteaba varios desafíos, incluidos serios problemas de seguridad. Después de que las baterías se cortocircuitaran y se incendiaran, Exxon decidió detener el expermiento.

Sin embargo, John B. Goodenough, profesor de Ingeniería en la universidad de Texas en Austin, tuvo otra idea. En la década de 1980, experimentó con el uso de óxido de cobalto de litio como cátodo en lugar de disulfuro de titanio, lo que dio sus frutos; la batería duplicó su potencial energético. Cinco años después, Akira Yoshino de la Universidad Mejio en Nagoya, Japón, hizo otro intercambio. En lugar de metal de litio reactivo como ánodo, intentó utilizar un material carbonoso, el coque de petroleo, lo que le llevó a un descubrimiento revolucionario: la nueva batería no solo era significativamente más segura sin el metal de litio, sino que el rendimiento de la batería era más estable produciendo así el primer prototipo de la batería de iones de litio. Estos tres descubrimientos llevaron a la batería de iones de litio tal como la conocemos.

Aunque el mercado de baterías de litio sigue creciendo, el desafío de desarrollar baterías que sean más seguras, duraderas y con mayor densidad de energía continua. Para ayudar con esta investigación, muchos científicos están recurriendo a diversas técnicas analíticas para estudiar los componentes de la batería en diferentes etapas de su ciclo de vida.

¿Qué tipo de baterías de litio existen?

Existen principalmente baterías de litio de cobalto, óxido de manganeso, óxido de níquel, manganeso y cobalto, titanio, óxido de aluminio, níquel cobalto y hierro fosfato, siendo esta última la que se explicará mas a fondo.

Batería de litio LIFEPO4: Batería de litio ferrofosfato, en 1996 en la Universidad de Texas, descubrieron el fosfato como material catódico para baterías de litio recargables. El fosfato de litio ofrece buen rendimiento electroquímico con baja resistencia. Los beneficios clave son una alta clasificación de corriente y un ciclo de vida prolongados, además de una buena estabilidad térmica, seguridad mejorada.

El fosfato de litio es más tolerante a las condiciones de carga completa y está menos estresado que otros sistemas de iones de litio si se mantiene a un alto voltaje prolongado. El fosfato de litio se usa a menudo para reemplazar la batería de arranque de plomo-ácido. Cuatro celdas en serie producen 12.8V un voltaje similar a seis celdas de plomo ácido de 2V en serie.

¿Cuál es la vida útil de las baterías de litio?

La vida útil de las baterías de litio LIFEPO4, al igual que cualquier otro tipo de baterías, depende de la profundidad de descarga para las cuales han sido diseñadas. La vida útil en proporción con el ciclo de descarga puede consultarse en los datos técnicos de la batería. Las baterias de litio normalmente tienen un proporción de 4.000-6.000 ciclos al 80% dependiendo de la marca.

¿Qué pasa si una bateria de litio se descarga completamente?

En el sector de la energía solar con sistemas aislados, las baterías de litio son un elemento fundamental para la funcionalidad del mismo. Por ello, cuando ocurre una descarga completa de una batería de litio, suele surgir esta pregunta: ¿qué hacer en ese caso?
Es vital tener conocimiento de que las baterías de iones de litio no deberían descargarse al 0 %, ya que esto puede causar daños irreversibles y permanentes.

Ahora bien, ¿qué podemos hacer si se descarga por completo una batería de litio?
Lo ideal es revisar el manual de fábrica de la batería y comprobar si el BMS contiene una función de reset. En ese caso, se debe utilizar un cargador inteligente con modo de recuperación, evitando forzar la carga con el inversor o un MPPT. En caso de que la batería no se pueda recuperar, debe ser reemplazada por otra.

¿Cómo prevenir la descarga completa en un sistema solar?

Teniendo en cuenta que la descarga completa de una batería de litio puede dañarla, es importante prevenir este escenario. Algunas recomendaciones son:

• Configuración adecuada del inversor o regulador, teniendo en cuenta la capacidad y características de la batería según su ficha técnica.

• Realizar un monitoreo constante del estado de carga de las baterías. Para ello, se puede adquirir un sistema con Bluetooth o con conexión en tiempo real, evitando que la carga sea inferior al 20 %.

• Evaluar la carga solar disponible para evitar un sobredimensionamiento del consumo, lo cual puede exigir demasiado a las baterías y llevarlas al 0 %.

¿Se pueden reparar las baterías de litio?

En la mayoría de los casos, si una batería de litio se descarga completamente, lo más probable es que no sea fácil de reparar ni viable económicamente hacerlo.

En el caso de que la batería de litio posea un BMS inteligente y funcional, es probable que se encuentre en un estado de bloqueo y no de daño, lo cual puede repararse. Sin embargo, si las celdas están profundamente descargadas o afectadas químicamente, la restauración no será ni rentable ni segura.

5 pasos para la reparación de una batería de litio

1. Desensamblar y verificar la batería de litio
   Consultando el manual de usuario y la ficha técnica, se procede con el desmontaje de la carcasa de la batería y sus componentes, con la finalidad de analizar el estado interno y evaluar si es posible repararla.

2. Evaluación y reemplazo de celdas
   En el interior de la batería de litio se encuentran sus celdas. Se debe revisar el voltaje de cada una, identificar cuáles están dañadas y, con ayuda especializada, realizar el reemplazo por unidades de la misma marca y características. Esto permitirá que la batería recupere su correcto funcionamiento.

3. Verificar y restablecer el BMS
   Se debe comprobar si el BMS está bloqueado debido a una descarga profunda. De ser así, se debe desconectar la batería de cualquier dispositivo y reiniciarlo. Algunos modelos, según el manual de usuario, incluyen un botón de reset u otra función para realizar este proceso.

4. Revisar la placa PCB
   En algunos modelos de baterías de litio que incorporan una placa PCB (placa de circuito impreso), se debe comprobar su estado y reemplazarla si es necesario.

5. Ensamblar nuevamente la batería
   Una vez finalizada la reparación interna, ya sea por el cambio de celdas u otros componentes, se debe ensamblar con cuidado, siguiendo las indicaciones del fabricante.

6. Cargar la batería de litio
   Conectar la batería a un cargador seguro y esperar a que se cargue completamente antes de volver a instalarla en el sistema solar.

Como se integran una bateria de litio en un sistema solar

Que capacidad de bateria necesito para mi sistema solar

Como se configura un controlador solar para baterias de litio

Que mantenimiento requiere una bateria de litio

Como saber si una bateria de litio esta dañada

Como evitar que una bateria de litio se dañe en un sistema solar

Cual es el precio de una bateria de litio y vale la pena?

Cual es la mejor marca para baterias de litio

Son ecologicas las baterias de litio (Se pueden reciclar)

Que futuro tienen las baterias de litio en la energia solar