¿Por qué la batería de litio ocupa un lugar tan importante en la tecnología actual?

Desde hace un par de décadas hasta la actualidad, la industria de la electrónica de consumo ha invadido por completo nuestras vidas: teléfonos móviles, ordenadores portátiles, tablets, cámaras de fotos digitales, altavoces portátiles, drones… Uno de los principales factores que han hecho posible esta proliferación de dispositivos electrónicos portátiles es el avance de la investigación y la innovación en el campo de las baterías eléctricas. Un avance que ha permitido que dispongamos de dispositivos cada vez más pequeños y con mayor autonomía.

Durante muchos años, las baterías recargables de niquel-cadmio (Ni-Cd) fueron las protagonistas en la implementación de soluciones de acumulación de energía eléctrica para hacer funcionar todo tipo de dispositivos domésticos e industriales. A partir de la década de 1990, todo cambió con la aparición y el desarrollo de las baterías de niquel-metal hidruro (Ni-MH) y de las baterías de iones de litio (Li-ion). Estas últimas, en particular, se han convertido en la primera opción para la industria tecnológica actual y, al parecer, también lo serán en el futuro más cercano. Esto se debe a las particulares características de litio, un metal alcalino extremadamente ligero, con gran capacidad de oxidación y un elevado calor específico. Unas cualidades que lo hacen especialmente propicio para la fabricación de acumuladores eléctricos, es decir, de baterías de litio.

Hoy vamos a acercarnos a este tipo de baterías, de cara a tratar de entender por qué son tan importantes para la industria tecnológica y por qué podrían serlo aún más en el futuro. Conoceremos todas las ventajas y desventajas que tienen este tipo de baterías sobre los acumuladores de Ni-Cd y Ni-MH, veremos cuáles son los principales tipos de baterías de litio más comunes y aprenderemos a cuidar nuestras baterías de litio de forma adecuada para alargar al máximo su vida útil.

¿Qué es y cómo funciona una batería de litio?

Una batería de litio es un tipo de batería eléctrica, es decir, un dispositivo que nos permite acumular energía eléctrica a través de la formación de enlaces químicos. Esta energía almacenada puede ser liberada posteriormente, generando una diferencia de potencial eléctrico que podemos aprovechar para alimentar un circuito.

En realidad, el funcionamiento de las baterías eléctricas es bastante parecido en la mayor parte de los casos, con independencia de los materiales que se empleen para su construcción. Una batería eléctrica, una pila o un acumulador, siempre va a constar de una celda o de una serie de celdas en las que van a tener lugar los procesos electroquímicos mediante los cuales la batería se carga o se descarga de energía eléctrica. Cada celda constará, a su vez, con un ánodo o electrodo positivo; un cátodo o electrodo negativo y un electrolito, que es una sustancia conductora de la electricidad que contiene iones libres, normalmente en forma de disolución.

El funcionamiento de las baterías está basado en un proceso reversible de reducción-oxidación mediante el cual dos compuestos llevan a cabo un intercambio de electrones sin que ninguno de ellos se consuma en la reacción. Uno de los compuestos perderá electrones, es decir, se oxidará; mientras que el otro ganará electrones: sufrirá una reducción. Este proceso sucede en cada una de las celdas electroquímicas de la batería creando una diferencia de potencial entre el ánodo y el cátodo y, como hemos dicho, es un proceso reversible. Al conectar la batería en un dispositivo electrónico la sometemos a una diferencia de potencial que hace que los electrones fluyan desde el cátodo hasta el ánodo, pasando por el electrolito y originando una reacción de oxidación en la que se liberan electrones, produciendo un flujo de energía eléctrica que permite que el aparato conectado funcione. Durante la carga de la batería, al conectarla a una fuente de electricidad externa, sucede lo contrario: la diferencia de potencial, en este caso, hace que los electrones fluyan en sentido opuesto, de nuevo a través del electrolito y generando una reacción de reducción.

¿Qué tipos de baterías de litio hay?

Entre los distintos tipos de baterías de litio que existen, podemos señalar principalmente dos, que son las más ampliamente utilizadas por la industria tecnológica: las baterías Li-ion, o baterías de iones de litio; y las baterías Li- Po, o baterías de polímero de iones de litio. Las características eléctricas de ambos tipos de baterías son bastante similares, por lo que, como usuarios, no notaremos demasiadas diferencias entre utilizar un tipo u otro de baterías. La diferencia fundamental es que las baterías Li-ion utilizan como electrolito una disolución de sales de litio en un líquido, mientras que en las de tipo Li-Po, las sales de litio están disueltas en un compuesto polimérico, formando una especie de gel conductor.

A la hora de su aplicación práctica para fabricar baterías, la principal diferencia entre estos dos tipos de baterías de litio es que las de tipo Li-Po permiten una mayor flexibilidad, son más ligeras, tienen una mayor resistencia a la deformación y pueden emplearse para construir baterías de menor grosor. Por este motivo, se emplean para alimentar dispositivos con formas curvas o partes flexibles, como los móviles de pantalla curva de última generación. En el lado negativo, este tipo de baterías basadas en polímeros de iones de litio ofrecen una relación de densidad – energía menor, son más costosas de fabricar y soportan, por lo general, una menor cantidad de ciclos de carga, por lo que su vida útil es más corta que la de las baterías de tipo Li-ion.

Ventajas de las baterías de litio

Aunque las baterías de litio no son perfectas, las singulares propiedades electroquímicas de este metal, su baja densidad ––alrededor de la mitad que la del agua–– y su alto grado de desarrollo por parte de la industria tecnológica contribuyen a que hoy en día sean preferibles a otro tipo de baterías, principalmente a las de Ni-MH y a las de Ni-Cd.

Las principales ventajas que sitúan a las baterías de litio por encima del resto serían las siguientes:

• Tienen una alta eficiencia energética, presentando una relación entre densidad y energía eléctrica almacenada excepcional que dobla la de las baterías de Ni-Cd. Pueden llegar a proporcionar una tensión de 3,7 v. por celda.
• Son más ligeras, por lo que son ideales para implementar en dispositivos en el que un peso contenido es importante: teléfonos móviles, cámaras, ordenadores portátiles, drones, etc.
• Son más pequeñas, ocupan menos espacio.
• Carecen prácticamente de efecto memoria. Esto quiere decir que no hay que esperar a que se descarguen para volver a cargarlas.
• La primera carga de la batería es irrelevante, no hace falta cargarla por más tiempo del habitual.
• Una vez se han cargado completamente, pueden mantenerse enchufadas y los dispositivos inteligentes derivan directamente la electricidad sobrante a los circuitos del dispositivo.
• Su capacidad de autodescarga es muy baja, menos de la mitad que la de las baterías con composiciones de Níquel, por lo que mantienen la energía durante mucho más tiempo cuando no se usan. Pierden en torno al 6 % de carga mensualmente en estas condiciones.
• Su descarga se produce de forma lineal, por lo que es posible medir la cantidad de carga que hay en las baterías de forma muy precisa.

Desventajas de las baterías de litio

Pero como hemos dicho, las baterías de litio no son la solución de almacenamiento eléctrico perfecta, ya que cuentan con una serie de desventajas que detallamos a continuación:

• Su vida útil es limitada y comienzan a dar fallos a los 2 o 3 años, tanto si se han usado como si no.
• Son un 40 % más costosas de producir que las baterías de Ni-Cd.
• El número de ciclos de carga y descarga es también limitado. Entre 300 y 1.200 según el modelo, la marca y la calidad.
• En condiciones de temperatura adversas funcionan peor que otro tipo de baterías, pudiendo durar su carga hasta un 25 % menos en condiciones de frío. También se ve mermada su capacidad por encima de los 40ºC.
• Se deterioran más rápido si se almacenan sin carga.
• Proporcionan una tensión muy variable, por lo que es necesario que incorporen circuitos electrónicos para corregir esto y que puedan dar valores de tensión más estables. Esto implica un sobrecoste de producción.
• De las características anteriores se deriva una tendencia al sobrecalentamiento, pudiendo llegar a producir situaciones de riesgo por fallos eléctricos e incluso explosiones.
• Su transporte en grandes cantidades está sujeto a ciertas restricciones legales por motivos de seguridad.

Algunas recomendaciones para alargar la vida útil de nuestras baterías de litio

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Ahora conocemos un poco mejor qué son y cómo funcionan las baterías de litio que suministran la electricidad que necesitan nuestros ordenadores portátiles, smartphones, tabletas, relojes inteligentes y otros tantos dispositivos electrónicos. Una tecnología de almacenamiento eléctrico que ostenta una posición hegemónica dentro de los productos de electrónica de consumo y que también se está implementando en la fabricación de coches eléctricos y otro tipo de equipos. Y parece ser que estas baterías de litio mantendrán su posición dominante al menos durante unos años, hasta que den el relevo a baterías elaboradas a partir de otros materiales como el magnesio, el grafeno, el kevlar o el titanio. Unos materiales con los que se podrían producir baterías con mayores capacidades de carga, más rápidas, más duraderas y más seguras que las de litio. Aunque para eso aún tendremos que esperar.