Existen tres tipos principales debaterías de iones de litio(iones de litio): celdas cilíndricas, prismáticas y tipo bolsa. En la industria de los vehículos eléctricos, los avances más prometedores se centran en las celdas cilíndricas y prismáticas. Si bien el formato de batería cilíndrica ha sido el más popular en los últimos años, varios factores sugieren que las celdas prismáticas podrían imponerse.

Cuáles sonCélulas prismáticas

Acélula prismáticaEs una celda cuya composición química está encerrada en una carcasa rígida. Su forma rectangular permite apilar eficientemente varias unidades en un módulo de batería. Existen dos tipos de celdas prismáticas: las láminas de electrodos dentro de la carcasa (ánodo, separador, cátodo) se apilan o se enrollan y aplanan.

Para el mismo volumen, las celdas prismáticas apiladas pueden liberar más energía a la vez, ofreciendo un mejor rendimiento, mientras que las celdas prismáticas aplanadas contienen más energía, ofreciendo una mayor durabilidad.

Las celdas prismáticas se utilizan principalmente en sistemas de almacenamiento de energía y vehículos eléctricos. Su mayor tamaño las hace poco adecuadas para dispositivos pequeños como bicicletas eléctricas y teléfonos móviles. Por lo tanto, son más apropiadas para aplicaciones de alto consumo energético.

¿Qué son las células cilíndricas?

Acélula cilíndricaEs una celda encerrada en una carcasa cilíndrica rígida. Las celdas cilíndricas son pequeñas y redondas, lo que permite apilarlas en dispositivos de todos los tamaños. A diferencia de otros formatos de batería, su forma evita la hinchazón, un fenómeno indeseado en las baterías donde se acumulan gases en la carcasa.

Las baterías cilíndricas se utilizaron por primera vez en ordenadores portátiles, que contenían entre tres y nueve celdas. Posteriormente, ganaron popularidad cuando Tesla las empleó en sus primeros vehículos eléctricos (el Roadster y el Model S), que contenían entre 6.000 y 9.000 celdas.

Las celdas cilíndricas también se utilizan en bicicletas eléctricas, dispositivos médicos y satélites. Además, son esenciales en la exploración espacial debido a su forma; otros formatos de celdas se deformarían por la presión atmosférica. El último rover enviado a Marte, por ejemplo, funciona con celdas cilíndricas. Los coches de carreras eléctricos de alto rendimiento de la Fórmula E utilizan exactamente las mismas celdas que el rover en su batería.

Las principales diferencias entre las células prismáticas y cilíndricas

La forma no es lo único que diferencia a las células prismáticas de las cilíndricas. Otras diferencias importantes incluyen su tamaño, el número de conexiones eléctricas y su potencia de salida.

Tamaño

Las celdas prismáticas son mucho más grandes que las cilíndricas y, por lo tanto, contienen más energía por celda. Para dar una idea aproximada de la diferencia, una sola celda prismática puede contener la misma cantidad de energía que entre 20 y 100 celdas cilíndricas. El menor tamaño de las celdas cilíndricas permite utilizarlas en aplicaciones que requieren menos potencia. Como resultado, se utilizan en una gama más amplia de aplicaciones.

Conexiones

Debido a que las celdas prismáticas son más grandes que las cilíndricas, se necesitan menos celdas para obtener la misma cantidad de energía. Esto significa que, para el mismo volumen, las baterías que utilizan celdas prismáticas tienen menos conexiones eléctricas que soldar. Esta es una gran ventaja para las celdas prismáticas, ya que reduce las posibilidades de defectos de fabricación.

Fuerza

Las baterías cilíndricas pueden almacenar menos energía que las prismáticas, pero tienen mayor potencia. Esto significa que pueden descargar su energía más rápidamente que las prismáticas, debido a que poseen más conexiones por amperio-hora (Ah). Por lo tanto, las baterías cilíndricas son ideales para aplicaciones de alto rendimiento, mientras que las prismáticas son ideales para optimizar la eficiencia energética.

Entre los ejemplos de aplicaciones de baterías de alto rendimiento se incluyen los coches de carreras de Fórmula E y el helicóptero Ingenuity en Marte. Ambos requieren un rendimiento extremo en entornos extremos.

¿Por qué las células prismáticas podrían estar tomando el control?

La industria de los vehículos eléctricos evoluciona rápidamente, y aún no se sabe con certeza si las celdas prismáticas o las cilíndricas se impondrán. Actualmente, las celdas cilíndricas son las más comunes en la industria, pero existen razones para pensar que las celdas prismáticas ganarán popularidad.

En primer lugar, las celdas prismáticas ofrecen la oportunidad de reducir los costos al disminuir el número de pasos de fabricación. Su formato permite fabricar celdas más grandes, lo que reduce la cantidad de conexiones eléctricas que deben limpiarse y soldarse.

Las baterías prismáticas son también el formato ideal para la química de fosfato de hierro y litio (LFP), una mezcla de materiales más económicos y accesibles. A diferencia de otras químicas, las baterías LFP utilizan recursos que se encuentran en todas partes del planeta. No requieren materiales raros y costosos como el níquel y el cobalto, que encarecen otros tipos de baterías.

Existen claros indicios de que las celdas prismáticas LFP están ganando terreno. En Asia, los fabricantes de vehículos eléctricos ya utilizan baterías LiFePO4, un tipo de batería LFP en formato prismático. Tesla también ha declarado que ha comenzado a utilizar baterías prismáticas fabricadas en China para las versiones de autonomía estándar de sus automóviles.

Sin embargo, la química LFP presenta importantes inconvenientes. Por un lado, contiene menos energía que otras químicas actualmente en uso y, por lo tanto, no puede utilizarse en vehículos de alto rendimiento como los coches eléctricos de Fórmula 1. Además, los sistemas de gestión de baterías (BMS) tienen dificultades para predecir el nivel de carga de la batería.

Puedes ver este video para obtener más información sobre elLFPLa química y por qué está ganando popularidad.