Batería de LiFePO4

En sus informes del tercer trimestre de 2021, Tesla anunció la transición a las baterías LiFePO4 como el nuevo estándar en sus vehículos. Pero, ¿qué son exactamente las baterías LiFePO4?

NUEVA YORK, NUEVA YORK, EE. UU., 26 de mayo de 2022 /EINPresswire.com/ — ¿Son una mejor alternativa a las baterías de iones de litio? ¿En qué se diferencian estas baterías de otras?

Introducción a las baterías de LiFePO4

Una batería de fosfato de hierro y litio (LFP) es una batería de iones de litio con velocidades de carga y descarga más rápidas. Es una batería recargable con LiFePO4 como cátodo y un electrodo de carbono grafítico con soporte metálico como ánodo.

Las baterías de LiFePO4 tienen una menor densidad energética y voltajes de funcionamiento inferiores a las de las baterías de iones de litio. Presentan una baja tasa de descarga con curvas horizontales y son más seguras que las de iones de litio. Estas baterías también se conocen como baterías de ferrofosfato de litio.

La invención de las baterías de LiFePO4

Las baterías de LiFePO4 fueron inventadas por John B. Goodenough y Arumugam Manthiram. Fueron de los primeros en determinar los materiales utilizados en las baterías de iones de litio. Los materiales del ánodo no son ideales para las baterías de iones de litio debido a su tendencia a sufrir cortocircuitos inmediatos.

Los científicos descubrieron que los materiales catódicos son superiores a los de las baterías de iones de litio. Esto se observa especialmente en las variantes de baterías LiFePO4, ya que mejoran la estabilidad y la conductividad, además de optimizar otros aspectos.

Actualmente, las baterías de LiFePO4 se encuentran por todas partes y tienen diversas aplicaciones, incluyendo su uso en embarcaciones, sistemas solares y vehículos. Las baterías de LiFePO4 no contienen cobalto y son más económicas que la mayoría de las alternativas. Además, no son tóxicas y tienen una vida útil más prolongada.

Especificaciones de la batería LFP -

Función de los sistemas de gestión de baterías en baterías LFP

Las baterías LFP no se componen simplemente de celdas conectadas; cuentan con un sistema que garantiza que la batería se mantenga dentro de los límites de seguridad. Un sistema de gestión de baterías (BMS) protege, controla y supervisa la batería en condiciones de funcionamiento para garantizar la seguridad y prolongar su vida útil.

La función de los sistemas de gestión de baterías en baterías LFP -

A pesar de que las celdas de fosfato de hierro y litio son más tolerantes, son propensas a sufrir sobretensiones durante la carga, lo que reduce su rendimiento. El material del cátodo podría deteriorarse y perder su estabilidad. El sistema de gestión de batería (BMS) regula la salida de cada celda y garantiza que se mantenga el voltaje máximo de la batería.

A medida que los materiales de los electrodos se degradan, la baja tensión se convierte en un problema grave. Si la tensión de alguna celda cae por debajo de un umbral específico, el BMS desconecta la batería del circuito. También actúa como protección contra sobrecorriente y desactiva su sistema en caso de cortocircuito.

Baterías de LiFePO4 frente a baterías de iones de litio

Las baterías LiFePO4 no son adecuadas para dispositivos portátiles como relojes. Su densidad energética es inferior a la de otras baterías de litio. Sin embargo, son ideales para sistemas de energía solar, autocaravanas, carritos de golf, lanchas de pesca y motocicletas eléctricas.

★Una de las principales ventajas de estas baterías es su vida útil.

Estas baterías pueden durar más de cuatro veces más que otras. Son más seguras y alcanzan una profundidad de descarga de hasta el 100%, lo que significa que pueden utilizarse durante un período más prolongado.

A continuación se presentan razones adicionales por las que estas baterías son una mejor alternativa a las baterías de iones de litio.

★Bajo costo

Las baterías LFP están compuestas de hierro y fósforo, extraídos a gran escala, y son económicas. Se estima que el costo de las baterías LFP es hasta un 70 % menor por kilogramo que el de las baterías NMC ricas en níquel. Su composición química ofrece una ventaja en cuanto a costos. En 2020, los precios más bajos registrados para las celdas de baterías LFP cayeron por debajo de los 100 $/kWh por primera vez.

★Pequeño impacto ambiental
Las baterías LFP no contienen níquel ni cobalto, metales costosos y con un gran impacto ambiental. Además, son recargables, lo que demuestra su respeto por el medio ambiente.

★Mayor eficiencia y rendimiento
Las baterías LFP son conocidas por su larga vida útil, lo que las convierte en una opción popular para aplicaciones que requieren una salida de energía fiable y constante a lo largo del tiempo. Estas baterías experimentan una menor pérdida de capacidad que otras baterías de iones de litio, lo que ayuda a preservar su rendimiento a largo plazo. Además, tienen un voltaje de funcionamiento más bajo, lo que resulta en una menor resistencia interna y velocidades de carga/descarga más rápidas.

★Mayor seguridad y estabilidad
Las baterías LFP son térmica y químicamente estables, por lo que tienen menos probabilidades de explotar o incendiarse. Las baterías LFP generan una sexta parte del calor que generan las baterías NMC ricas en níquel. Debido a que el enlace Co-O es más fuerte en las baterías LFP, los átomos de oxígeno se liberan más lentamente en caso de cortocircuito o sobrecalentamiento. Además, no queda litio en las celdas completamente cargadas, lo que las hace altamente resistentes a la pérdida de oxígeno en comparación con las reacciones exotérmicas que se observan en otras celdas de litio.

★Pequeño y ligero
Las baterías LFP son casi un 50 % más ligeras que las de óxido de manganeso y litio. Son hasta un 70 % más ligeras que las de plomo-ácido. Al usar una batería LiFePO4 en un vehículo, se consume menos gasolina y se obtiene mayor maniobrabilidad. Además, son pequeñas y compactas, lo que permite ahorrar espacio en scooters, embarcaciones, autocaravanas o aplicaciones industriales.

Baterías de LiFePO4 frente a baterías sin litio
Las baterías que no son de litio tienen varias ventajas, pero es probable que sean reemplazadas a medio plazo dado el potencial de las nuevas baterías LiFePo4, ya que la tecnología anterior es cara y menos eficiente.

☆Baterías de plomo-ácido
Las baterías de plomo-ácido pueden parecer económicas al principio, pero a la larga resultan más caras. Esto se debe a que requieren un mantenimiento y reemplazo más frecuentes. Una batería de LiFePO4 dura de 2 a 4 veces más y no requiere mantenimiento.

☆Baterías de gel
Las baterías de gel, al igual que las de LiFePO4, no requieren recargas frecuentes y no pierden carga durante su almacenamiento. Sin embargo, se cargan más lentamente. Para evitar daños, deben desconectarse inmediatamente después de su carga completa.

☆Baterías AGM
Si bien las baterías AGM tienen un alto riesgo de dañarse por debajo del 50 % de su capacidad, las baterías LiFePO4 se pueden descargar por completo sin riesgo de sufrir daños. Además, es difícil mantenerlas cargadas.

Aplicaciones de las baterías de LiFePO4
Las baterías de LiFePO4 tienen muchas aplicaciones valiosas, entre ellas:

● Embarcaciones de pesca y kayaks: Disfrute de más tiempo en el agua con menor tiempo de carga y mayor autonomía. Su menor peso facilita el manejo y proporciona una ventaja en competiciones de pesca de alto nivel.

●Scooters y ciclomotores: No hay peso muerto que te ralentice. Carga la batería a menos de su capacidad máxima para viajes espontáneos sin dañarla.

●Configuraciones solares: Lleve baterías LiFePO4 ligeras a dondequiera que la vida le lleve (incluso a la cima de una montaña o fuera de la red eléctrica) para aprovechar la energía del sol.

●Uso comercial: Estas son las baterías de litio más seguras y resistentes, lo que las hace ideales para aplicaciones industriales como máquinas de limpieza de suelos, plataformas elevadoras y mucho más.

Además, las baterías de fosfato de hierro y litio alimentan muchos otros dispositivos, como linternas, cigarrillos electrónicos, equipos de radio, iluminación de emergencia y otros artículos.

Posibilidades para la implementación a gran escala de LFP
Si bien las baterías LFP son más económicas y estables que otras alternativas, su densidad energética ha sido un obstáculo importante para su adopción generalizada. Las baterías LFP tienen una densidad energética mucho menor, que oscila entre el 15 y el 25 %. Sin embargo, esto está cambiando gracias al uso de electrodos más gruesos, como los empleados en el Model 3 fabricado en Shanghái, que alcanza una densidad energética de 359 Wh/litro.

Debido a la larga vida útil de las baterías LFP, estas tienen mayor capacidad que las baterías de iones de litio de peso comparable. Esto significa que la densidad energética de estas baterías se irá igualando con el tiempo.

Otro obstáculo para la adopción masiva es que China ha dominado el mercado debido a la gran cantidad de patentes de LFP. A medida que estas patentes expiren, se especula que la producción de LFP, al igual que la fabricación de vehículos, se localizará.

Los principales fabricantes de automóviles, como Ford, Volkswagen y Tesla, utilizan cada vez más esta tecnología, sustituyendo las formulaciones de níquel o cobalto. El reciente anuncio de Tesla en su informe trimestral es solo el comienzo. Tesla también ofreció una breve actualización sobre su batería 4680, que tendrá mayor densidad energética y autonomía. Asimismo, es posible que Tesla utilice la construcción "celda a paquete" para condensar más celdas y lograr una menor densidad energética.

A pesar de su edad,LFPLa reducción de los costos de las baterías podría ser crucial para acelerar la adopción masiva de vehículos eléctricos. Se prevé que para 2023, los precios de las baterías de iones de litio ronden los 100 $/kWh. Las baterías de litio-ferrofosfato (LFP) podrían permitir a los fabricantes de automóviles priorizar factores como la comodidad o el tiempo de recarga, en lugar de centrarse únicamente en el precio.