Baterías de Litio, informe 2016.

Damos un vistazo a los diferentes tipos de baterías en el mercado hoy en día y como se determina los usos finales.
Las baterías recargables son una parte esencial de la vida todos los días del hombre moderno, y son utilizadas diariamente por la mayoría de la gente en el mundo desarrollado. Las baterías recargables más comunes son conocidos como plomo acído, NiCd, NiMH y de litio-ion o Li-ion.
                                                   Pak de baterías de Litio Ion con BMS en Box de metal.
Respecto a las de plomo-ácido, aun con su gran peso físico, baja energía específica y limitado numero
de ciclos de carga, todavía mantiene una sólida posición en arranque y baterías de reserva, ya que ningún otro sistema actualmente puede vencer a su precio barato y robustez.

La familia de Li-ion recibe la mayor atención y está reemplazando poco a poco a sus predecesores a base de níquel que dominaron el mundo de la batería hasta la década de 1990. Y mientras la familia del ácido de plomo puede seguir siendo la más barata en el mercado por adelantado, el coste de propiedad para una batería de iones de litio en comparación con una de ácido de plomo ya está inclinando la balanza a favor del litio.
Beneficios de costo de envío, la puesta en funcionamiento, ingeniería, duración, mantenimiento, instalación, bajo peso y eliminación pueden ser mayores que el argumento del bajo precio inicial del plomo-ácido.

La variabilidad entre las baterías de litio

Li-ion baterías tienen una amplia gama de químicas según el uso final en función del peso, vida útil, comportamiento de seguridad, la energía específica y la potencia, el costo y el rendimiento general de alimentación. El desarrollo de estas baterías es impulsado por usos finales, así como el coste de las materias primas. El sistema de ion-litio fue concebido ya en la década de 1970, pero, al igual que toda tecnología de vanguardia, no creció de forma inmediata. Recién en la década de 1990, Li-ion comenzó su desarrollo y aplicaciones.
El término 'iones de litio "se refiere a una familia de baterías en el que los iones se mueven desde el electrodo negativo (ánodo) al electrodo positivo (cátodo) durante la descarga y regresan de nuevo al ser cargadas.
Rendimiento y performance de los diferentes tipos de baterías Li-Ion

Las baterías de iones de litio se dividen en dos subtipos; fosfato de litio-hierro (LFP) y óxidos metálicos -nickel manganeso cobalto (NMC), aluminio níquel cobalto (NCA), cobalto (LCO), manganeso (OVM) - y titanite litio (LTO). Con la excepción de titanite litio (LTO), por lo general es la composición del material del cátodo que da nombre al tipo Li-ion, con el ánodo más comúnmente hecho de grafito.
Con todas estas variantes lo importante es que la batería de Litio ideal para aplicar depende del tipo de aplicación.

Cobalto manganeso níquel

El NMC se ha convertido en una de las tecnologías de litio más utilizados en el mundo. La batería está ganando popularidad en los sistemas de almacenamiento de energía del hogar, como la Tesla Powerwall (de 7Kwh y 14Kwh).


Es importante destacar que esta batería es relativamente segura con un umbral de fuga térmica 210 ° C, así como tiene un buen tiempo de recarga y un bajo costo de producción (http://autolibre.).

La batería NMC, además, tiene un número relativamente elevado de ciclos de carga, que se define como el número de veces que la batería puede ser descargada y cargada de nuevo antes de que la capacidad máxima de la batería se reduzca al 80-85% de su capacidad inicial. En las CMN esto puede estar en cualquier parte entre 3.000 y 8.000 ciclos.

Otra ventaja de las baterías NMC es que su composición puede ser modificada para producir alta potencia específica, manteniendo bajo consumo de energía específica. Esta característica ya ha dado lugar al uso en vehículos eléctricos (EVs) como el BMW i3 y el Nissan Leaf.
Energía especifica se refiere a la densidad de energía gravimétrica de la batería y define la capacidad de la batería en términos de peso (Wh / kg). Del mismo modo, la densidad de energía (en comparación con la densidad de energía gravimétrica o energía específica), refleja el volumen en litros.
Potencia específica, un término independiente, se puede definir como la densidad de potencia gravimétrica y es indicativo de la capacidad de carga. Para hacer estos términos más simples, la relación se puede representar por el agua que fluye de una botella de agua a un vaso, se ve a continuación.

El agua en la botella representa la energía específica (capacidad); la boca de vertido del agua regula la potencia específica (carga). Aquí, la botella de agua tiene una alta densidad de energía (o energía específica) y menor potencia específica.
Una batería puede tener alta energía específica, pero pobre potencia específica como es el caso de la batería alcalina, o baja energía específica, pero alta potencia específica como en el supercondensador .

Aluminio cobalto níquel

Pasando a las ANC, que están estrechamente relacionadas con las baterías NMC en términos de características, pero se diferencian en que son menos seguras en el punto de fuga térmica (150 °C), además de ser más caras.
Embalamiento térmico se produce cuando una batería está sobrecalentada y el calor se extiende desde el interior hacia el exterior de la batería, a veces con resultado de incendios y explosiones. Esto ya se ha convertido en una preocupación importante para las compañías aéreas respecto a las baterías de ion-litio.
En el lado positivo, las ANC tienen una densidad de energía más alta que las CMN, manteniendo al mismo tiempo una potencia específica más alta. Esto es importante, porque significa que al igual que los CMN, las ANC se adaptan bien a los vehículos eléctricos, y ahora son conocidas por su uso en automóviles Tesla. Los paquetes de baterías ANC son la parte más cara de un Tesla, y proporcionan energía para un rango de 435 kilómetros.

De litio fosfato de hierro

El litio fosfato de hierro, o LiFePO4 , es una tecnología de litio muy conocido debido a su amplio uso y la idoneidad para una gama de aplicaciones. La batería es reconocida por su moderada energía específica, excelentes características de seguridad, buen número de ciclos (2.000-8.000), gran capacidad de carga / descarga, así como su precio moderado.
El voltaje de la célula de 3,2 V / hace que esta tecnología de litio la elección para el reemplazo de las plomo selladas en un número de aplicaciones clave.
Hay una serie de razones por las LiFePO4 es la tecnología de litio más adecuado para el reemplazo de las baterías de gel de plomo (SLA). Estos incluyen su voltaje similares, voltaje de carga similar y su versátil buen rendimiento para múltiples aplicaciones.
Las LiFePO4 también son una de las más seguras de las tecnologías de litio cuando se considera la temperatura y el abuso tales como sobrecarga y descarga, cortocircuito y la rotura, ya que tienen el punto de fuga térmico más alto de cualquiera de las baterías de litio mencionados, tienen una baja tasa de autodescarga (lo que significa que pueden quedar en un estante por un máximo de 12 meses sin necesidad de renovar la carga) y tienen un ciclo de vida elevado.


SLA (100 Ah)
LiFePO 4 (100 Ah)
Peso
27.5kg
13.8kg
Ciclo de vida
> 650 @ 50% de profundidad de descarga 
> 7000 @ 50% de profundidad de descarga
Autodescarga
Hasta 6 meses
Hasta 12 meses
Tiempo de carga
8 a 12 horas
1 a 3 horas
Capacidad de uso
50% a 60%
80% a 100%
años de vida
3 a 5 años
10 años
Eficiencia
60% a 90%
96%
Fuente: Ryan Hammond, baterías selladas de Rendimiento

Sin embargo, a pesar de que las baterías LiFePO4 se están convirtiendo en una opción muy viable para la sustitución de SLA, todavía tienen un largo camino por recorrer, como lo demuestra un estudio de 2015 (AVICENNE) demostrando una cuota de mercado actual del 90% de la SLA.
Y mientras LiFePO 4 muestra unas características de seguridad muy buena, un sistema de supervisión de la batería (o BMS) sigue siendo necesario en cada caso.

Baterías de iones de litio requieren un BMS para la seguridad y para proteger las células del daño en escenarios tales como el exceso de temperatura, exceso de carga, el desequilibrio celular y cortocircuito.


Además del almacenamiento de energía en el hogar, las baterías LiFePO4 y las NMC son adecuadas para vehículos eléctricos, vehículos recreativos, caravanas y para sus aplicaciones de alto ciclado.
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8 comentarios:

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    2. saludos, le estoy escribiendo a su email y no me sale, por favor verifique a ver si esta bien escrito
      Gracias

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  2. encuentro muy interesante tu proyecto e innovador.
    Me interesa. te dejo mi correo
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  5. Hola -estoy interesado en conocer del tema para revisar la opción de convertir un volvo S80 a electrico. Ustedes me pueden cotizar? Que se sabe de las nuevas baterias que superan las de iones de litio? Fabrica en España. Gracias.

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