Baterías de Ion de Litio

Tus auriculares inalámbricos, tu teléfono móvil, tu reloj inteligente, tu instalación de paneles solares o tu coche eléctrico no habrían sido posibles hace apenas un par de décadas. Esta revolución se ha producido gracias, entre otras cosas, a las baterías de ion de litio. Estas baterías son capaces de almacenar más energía en menos espacio que las demás y por ello serán claves en el futuro del almacenamiento de energía ante los desafíos del cambio climático, que pasan por la descarbonización y las energías renovables.

El costo de las baterías de ion-litio se ha reducido en un 85 % desde 2010 y se espera que baje otro tanto en la próxima década. Según explica el analista de almacenamiento de energía de Wood Mackenzie, Rory McCarthy, "el ion-litio tiene una ventaja significativa sobre otras tecnologías de almacenamiento alternativas y esa no es otra que las economías de escala". Es decir, su progresiva adopción está haciendo que los costes sean cada vez menores. Incluso, a pesar del aumento generalizado en 2022, los precios volvieron a caer rápidamente al año siguiente, alcanzando su mínimo histórico en 2023 y con previsiones de que se mantenga esta tendencia. 

Qué es una batería de ion de litio 

Una batería de ion de litio o batería Li-Ion es un tipo de batería recargable que utiliza compuestos de litio como uno de los electrodos. En 1985, Akira Yoshino desarrolló el primer prototipo basándose en las investigaciones anteriores de John Goodenough y otros expertos durante la década de los 70. Posteriormente, un equipo de Sony desarrolló la primera batería comercial de ion de litio en 1991. Con el paso de los años se incorporaron otros avances, especialmente en el uso de cátodos de óxido níquel, manganeso y cobalto (NMC), que mejoraron la densidad de carga, el rendimiento y la seguridad.

La carga de las baterías de ion de litio. Funcionamiento y características

Las baterías de ion de litio se componen de las siguientes partes: un electrodo negativo o ánodo de donde salen los electrones y un electrodo positivo o cátodo que los recibe. Cuando se conecta la batería, los iones de litio se mueven desde el ánodo hasta el cátodo a través de un electrolito, dando lugar a la diferencia de potencial que produce la corriente. Cuando se carga la batería, los iones de litio vuelven al ánodo.

Las baterías, a su vez, se componen de una o varias celdas y, dependiendo de su uso final, existen diferentes tipos: las celdas cilíndricas, usadas en la mayoría de vehículos eléctricos, consisten en láminas de distintos componentes que se enrollan hasta formar un cilindro, mientras que las celdas planas, como las que integran los teléfonos móviles y ordenadores portátiles, utilizan polímero de iones de litio en forma de láminas apiladas.

Además, las baterías de ion de litio incorporan otros elementos que mejoran su rendimiento y seguridad: un sensor de temperatura, un circuito regulador de tensión y un monitor de estado de carga. Estos componentes controlan la carga y el flujo de corriente, registran la última capacidad alcanzada en la carga completa y controlan la temperatura, que puede afectar negativamente a la vida de la batería.

 VER INFOGRAFÍA: Consejos para alargar la vida útil de las baterías de ion de litio [PDF]

Ventajas y desventajas de las baterías de ion de litio 

En comparación con la tecnología tradicional de baterías recargables de hidruro de níquel o níquel-cadmio, las baterías de ion de litio cuentan con diversas ventajas: principalmente, se cargan en menos tiempo y tardan más tiempo en descargarse, pero además tienen una densidad de energía superior, no tienen efecto memoria y prácticamente no pierden carga cuando no se usan, etc.

Sin embargo, como cualquier tecnología, presentan ciertas desventajas relacionadas principalmente con la protección (deben incorporar sistemas para evitar las sobrecargas y el sobrecalentamiento) y el coste (las de litio siguen siendo ligeramente más caras que las de níquel-cadmio en un primer momento, aunque salen más rentables por un pequeño margen).

Aplicaciones de las baterías de ion de litio 

Las ventajas de las baterías de ion de litio y su coste decreciente han hecho que su uso prolifere en multitud de ámbitos:

 Sistemas de energía de emergencia

En instalaciones críticas, como granjas de servidores, las baterías de un SAI (Sistema de Alimentación Ininterrumpida) lo protegen de la pérdida o de la inestabilidad del suministro de electricidad.

 Almacenamiento de energía solar

La energía solar es intermitente y estas baterías son las que mejor se adaptan a los paneles solares por su forma de carga y su rapidez, especialmente en el autoconsumo.

 Electrónica de consumo y dispositivos móviles

Los dispositivos móviles se han convertido en la aplicación principal de estas baterías, permitiendo una miniaturización cada vez mayor.

 Asistencia a la discapacidad

Este tipo de baterías están presentes en sillas de ruedas eléctricas, salvaescaleras o prótesis motorizadas, facilitando la vida de las personas con restricciones de movilidad.

Baterías de ion litio para vehículos eléctricos

El desarrollo y la creciente adopción de vehículos eléctricos e híbridos se debe en gran medida a la eficiencia y menor coste de las baterías de ion de litio. Además de tener una alta densidad energética en comparación con su tamaño, su fabricación en masa ha permitido acercar el precio de los vehículos eléctricos a los de gasolina. En cuanto a los costes de funcionamiento, el precio de la electricidad para hacer andar un vehículo eléctrico es menor que el coste del combustible para motores de explosión. También proporcionan autonomía para viajes cada vez más largos.
 

El almacenamiento del futuro

La escasez de cobalto, un elemento necesario para su fabricación, y las dificultades para su reciclado están impulsando la investigación de otras tecnologías alternativas para las baterías. Estas son algunas de las más prometedoras:

• Celdas de hidrógeno: estas baterías producen electricidad a partir del hidrógeno gaseoso, pero el inconveniente no está en la tecnología, sino en la capacidad de fabricar hidrógeno verde sin recurrir a los combustibles fósiles.

• Baterías de estado sólido: utilizan electrolitos sólidos en lugar de electrolitos líquidos o de gel. Tienen mayor densidad de energía, reducen los riesgos de explosión e incendio y ocupan menos espacio al no necesitar tantos componentes relacionados con la seguridad.

• Supercondensadores de grafeno: los condensadores pueden cargarse y descargarse de forma más eficiente que una batería y el uso del grafeno permitiría alcanzar una densidad de energía similar a la de las baterías actuales.