Diferencias entre baterías de polímero y baterías de litio: ¿Cuál es mejor?
Baterías de polímero de litio
Las baterías de iones de litio se clasifican en baterías de iones de litio líquidos y baterías de iones de litio poliméricos (o baterías de iones de litio de plástico) en función del material electrolítico utilizado. Ambos tipos utilizan los mismos materiales de electrodo positivo y negativo: los electrodos positivos incluyen óxido de litio y cobalto, óxido de litio y manganeso, materiales ternarios o fosfato de litio y hierro, mientras que el electrodo negativo suele ser de grafito. Los principios de funcionamiento son fundamentalmente los mismos. La principal diferencia radica en el electrolito: las baterías de iones de litio líquidos utilizan un electrolito líquido, mientras que las de iones de litio poliméricos utilizan un electrolito polimérico sólido, que puede ser "seco" o "gelatinoso". Actualmente, la mayoría de las baterías de polímero de iones de litio emplean un electrolito de polímero en gel.
Clasificación
- Batería de iones de litio con electrolito de polímero sólido: El electrolito es una mezcla de polímero y sal, que ofrece una alta conductividad iónica a temperatura ambiente, lo que lo hace adecuado para su uso a temperatura ambiente.
- Batería de iones de litio con electrolito de polímero de gel: Aditivos como los plastificantes se incorporan al electrolito polimérico sólido para mejorar la conductividad iónica, lo que permite su uso a temperatura ambiente.
En comparación con las baterías de iones de litio líquidos, las de iones de litio poliméricos, que utilizan un electrolito sólido, ofrecen ventajas como perfiles más delgados, formas personalizables y tamaños variables. Pueden revestirse con películas compuestas de aluminio y plástico, lo que mejora su capacidad específica. Además, las baterías de iones de litio poliméricos pueden utilizar polímeros como materiales de electrodos positivos, aumentando potencialmente la energía específica en más de 20% en comparación con las actuales baterías de iones de litio líquidos. Estas baterías se caracterizan por su miniaturización, su delgadez y su diseño ligero, lo que ha propiciado su creciente cuota de mercado.
Características
Las baterías de polímero de iones de litio tienen las siguientes características:
- Moldeado flexible
- Mayor energía específica (3 veces la de las pilas Ni-MH)
- Amplia ventana de estabilidad electroquímica (hasta 5 V)
- Excelente seguridad y fiabilidad
- Mayor vida útil con mínima pérdida de capacidad
- Eficacia de gran volumen
Principio de la batería de polímero de litio
Las baterías de iones de litio se dividen en baterías de iones de litio líquidos (LIB) y baterías de iones de litio poliméricos (PLB). Las baterías líquidas de iones de litio utilizan compuestos de intercalación de Li+ como electrodos positivo y negativo. El electrodo positivo suele utilizar compuestos de litio como LiCoO2, LiNiO2 o LiMn2O4, mientras que el negativo utiliza compuestos de intercalación de litio-carbono (LixC6). Un sistema de batería típico es: (-) C | LiPF6-EC+DEC | LiCoO2 (+)
Reacción del electrodo positivo (reducción): Li1-xCoO2 + xLi+ + xe- = LiCoO2 (2.1) Reacción del electrodo negativo (oxidación): LixC6 - xe- = 6C + xLi+ (2.2) Reacción global de la batería: Li1-xCoO2 + LixC6 = LiCoO2 + 6C (2.3)
El principio de las baterías de polímeros de iones de litio es idéntico al de las baterías líquidas de iones de litio, con la diferencia principal del electrolito. Una batería de polímero de iones de litio utiliza un electrolito polimérico sólido o gelatinoso o un electrolito orgánico. Los electrolitos líquidos o en gel de las baterías de iones de litio tradicionales requieren un robusto embalaje secundario para contener los componentes activos inflamables, lo que aumenta el peso y limita la flexibilidad de tamaño.
Las baterías de polímero de iones de litio de nueva generación pueden fabricarse ultrafinas (tan finas como 0,5 mm, el grosor equivalente al de una tarjeta), con formas y tamaños personalizables, lo que aumenta enormemente la flexibilidad del diseño. Esto permite a los fabricantes adaptar las baterías a los requisitos específicos de cada producto, optimizando su rendimiento. Las baterías de polímero de iones de litio también ofrecen una mejora de 20% en densidad energética en comparación con las baterías de iones de litio estándar, junto con mejoras en capacidad y rendimiento medioambiental.
Diferencias entre baterías de polímero y baterías de litio: ¿Cuál es mejor?
En general, las baterías de polímero son superiores, ya que las tradicionales de litio están casi obsoletas. Las baterías de litio utilizan litio metálico como electrodo negativo, siendo las primeras las baterías de litio y dióxido de manganeso, que funcionan mediante una reacción redox: Li + MnO2 = LiMnO2. Las pilas de litio metal suelen tener un voltaje de entre 3,0 y 3,6 V, dependiendo del material del electrodo positivo. En la actualidad, las pilas de litio metal se utilizan principalmente en pilas de botón, ya que han sido sustituidas en gran medida por las pilas de polímero de iones de litio o de iones de litio líquido. El litio es un metal muy reactivo, incluso más que el sodio, que pierde electrones y se oxida con facilidad. En el aire, el litio reacciona casi instantáneamente, e históricamente, las baterías de litio se utilizaban para provocar incendios en la naturaleza rompiéndolas, ya que el litio reacciona con el aire y libera un calor considerable, lo que pone de manifiesto su peligro inherente.
A diferencia de las pilas de litio, las de iones de litio no contienen litio metálico. Dependen de los iones de litio que se mueven entre los electrodos positivo y negativo para funcionar. Durante la carga, los iones Li+ se desintercalan del electrodo positivo y se incrustan en el negativo, que se vuelve rico en litio; durante la descarga, el proceso es inverso. Las baterías de polímero son un tipo de batería de iones de litio que comparten el mismo principio pero utilizan un electrolito de polímero sólido o gel en lugar de líquido. Esto las hace más seguras y permite diseños más pequeños y flexibles.
¿Cuál es mejor?
Las baterías de polímero de iones de litio son superiores por su seguridad, flexibilidad, mayor densidad energética y ciclo de vida más largo. Sus electrolitos sólidos o de gel eliminan los riesgos asociados a los electrolitos líquidos, como las fugas o la inflamabilidad, y permiten formas más finas y personalizables. Mientras que las baterías de metal de litio se limitan ahora a aplicaciones muy especializadas, como las pilas de botón, debido a su reactividad y problemas de seguridad, las baterías de polímero de iones de litio son la opción preferida para las aplicaciones modernas, ya que ofrecen un mayor rendimiento y versatilidad de diseño.
