El Blog de Ignacio Mártil

11 enero, 2019 Ignacio Mártil 1 COMENTARIO

En el anterior post publicado en este blog, describí el principal problema que tienen las baterías ordinarias: la imposibilidad de ser recargadas. En este describiré qué son y cómo funcionan las baterías recargables, centrándome en las más populares hoy en día, las denominadas de iones de litio (en lo que sigue, ion-litio).

La siguiente imagen muestra la batería de ion-litio de un vehículo eléctrico Tesla Model S (fuente de la imagen: Jeffrey Jenkins, Electric Vehicles Magazine, 22-mayo-2017):

Aunque pueden adoptar diversas geometrías, en numerosas ocasiones su aspecto es prácticamente idéntico al de las pilas cilíndricas convencionales AA o pueden tener formas prismáticas, lo que significa que son cuadradas o rectangulares. Antes de pasar a describir el interior de las pilas de ion-litio, voy a dar unos breves detalles de cómo son las baterías recargables.

Todas las baterías recargables, igual que las convencionales, tienen una carcasa metálica que encierra y protege a sus elementos constitutivos. Ese recubrimiento contiene en su interior una espiral muy larga que está integrada por hojas delgadas muy próximas entre sí, constituidas por cuatro elementos, comunes en disposición, aunque no en composición a los de cualquier otra batería, como ya vimos en el primer post de esta serie:

En las baterías que no utilizan iones de litio, estos electrodos están hechos de una diversidad de compuestos químicos:

Como se puede apreciar, un rasgo común a casi todas ellas es la presencia en su interior de elementos pesados, que en la mayoría de las ocasiones son tóxicos, algo especialmente crítico en el caso del plomo o el cadmio.

Como en el caso de las pilas descritas en el punto anterior, las de ion-litio tienen un recubrimiento exterior de metal, que ahora es particularmente importante porque la pila está presurizada. Esta caja de metal tiene un orificio de ventilación sensible a la presión. Si la pila se calienta tanto que corre el riesgo de explotar debido a una sobrepresión, esta ventilación se encarga de liberar la presión generada en el interior de la pila. El respiradero está colocado como medida de seguridad. También dispone un dispositivo que evita sobrecalentamientos.

En las pilas de ion-litio, el cátodo generalmente está hecho de un compuesto químico llamado óxido de litio-cobalto (iCoO2) o, en pilas más recientes, de fosfato de litio y hierro (LiFePO4), para evitar utilizar cobalto, un elemento químico caro y escaso. El ánodo generalmente está hecho de grafito, una variedad cristalográfica del carbono. Dentro de la caja, el ánodo y el cátodo se sumergen en un disolvente orgánico (el éter es un solvente común) que actúa como electrolito, dentro del cual se coloca el separador. El separador es una lámina muy delgada de plástico microperforado. Como su nombre indica, separa los electrodos positivo y negativo, evitando cortocircuitos entre ambos; además permite que los iones pasen a través de sus microporos.

Una primera diferencia entre las baterías ion-litio y las convencionales, es su mayor densidad energética, del orden de 120 Wh/kg.

Para su utilización en baterías, las celdas-pilas se agrupan entre sí con múltiples unidades para proporcionar la energía necesaria que permite el funcionamiento desde un teléfono móvil hasta un vehículo de gran autonomía, como se muestra en la siguiente imagen (fuente: Jessica Shankleman, Tom Biesheuvel, Joe Ryan y Dave Merrill. Bloomberg Businessweek, 7-septiembre-2017):

En el siguiente post de esta serie, describiré cómo tienen lugar los procesos de carga y descarga de las pilas de ion-litio.

Doctor en Física Ignacio Mártil: Muy interesante; gracias por la información, muy útil; estoy igualmente a sus órdenes. Me sirvió para un asunto de datos para mi oficina. Felicitaciones.

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Soy Doctor en Física (1982) y Catedrático de Universidad (2007) en el área de Electrónica. Realizo mi actividad investigadora en la Universidad Complutense de Madrid, de carácter marcadamente experimental, en el campo de la física de los semiconductores. Soy especialista en propiedades eléctricas y ópticas de estos materiales, así como en dispositivos electrónicos y opto-electrónicos basados en ellos, siendo mi principal objetivo en la actualidad el estudio de conceptos avanzados en células solares.

Mi trabajo científico se concreta en los siguientes indicadores principales: soy co-autor de más de 150 artículos científicos publicados en revistas de alto impacto de ámbito internacional; he presentado cerca de 100 ponencias en congresos internacionales; he participado y participo, como Investigador Principal o como miembro del equipo investigador, en 22 proyectos de investigación financiados con fondos públicos en concurrencia competitiva; he dirigido 7 Tesis Doctorales; finalmente, soy evaluador de publicaciones (“referee”) de 15 revistas científicas internacionales.

Soy miembro de la Real Sociedad Española de Física y realizo un intensa labor divulgativa mediante mi blog personal "Un poco de Ciencia, por favor", que se encuentra alojado en el diario Público