La seguridad es una característica de diseño completa con baterías de litio, y por una buena razón. Como todos hemos visto, la química y la densidad de energía que permite que las baterías de iones de litio funcionen tan bien también las hace inflamables, por lo que cuando las baterías funcionan mal, a menudo crean un desastre espectacular y peligroso.
No todas las químicas del litio son iguales. De hecho, la mayoría de los consumidores estadounidenses, aparte de los entusiastas de la electrónica, solo están familiarizados con una gama limitada de soluciones de litio. Las versiones más comunes se construyen a partir de formulaciones de óxido de cobalto, óxido de manganeso y óxido de níquel.
Primero, retrocedamos un paso en el tiempo. Las baterías de iones de litio son una innovación mucho más reciente y solo han existido durante los últimos 25 años. Durante este tiempo, las tecnologías de litio han aumentado en popularidad, ya que han demostrado ser valiosas para alimentar dispositivos electrónicos más pequeños, como computadoras portátiles y teléfonos celulares. Pero como recordará de varias noticias en los últimos años, las baterías de iones de litio también se ganaron la reputación de incendiarse. Hasta hace poco, esta era una de las principales razones por las que el litio no se usaba comúnmente para crear grandes bancos de baterías.
Pero luego vino fosfato de hierro y litio (LiFePO4). Este nuevo tipo de solución de litio era intrínsecamente incombustible, al tiempo que permitía una densidad de energía ligeramente menor. Las baterías LiFePO4 no solo eran más seguras, sino que tenían muchas ventajas sobre otras químicas del litio, particularmente para aplicaciones de alta potencia, como las energías renovables.
Antes de sumergirnos en las características de seguridad del fosfato de hierro y litio, repasemos en primer lugar cómo ocurren los fallos de funcionamiento de las baterías de litio.
Las baterías de iones de litio explotan cuando la carga completa de la batería se libera instantáneamente o cuando los químicos líquidos se mezclan con contaminantes extraños y se encienden. Esto suele ocurrir de tres maneras: daño físico, sobrecarga o descomposición de electrolitos.
Por ejemplo, si el separador interno o el circuito de carga están dañados o funcionan mal, entonces no hay barreras de seguridad para evitar que los electrolitos se fusionen y causen una reacción química explosiva, que luego rompe el empaque de la batería, combina la suspensión química con oxígeno e instantáneamente enciende todos los componentes.
Hay algunas otras formas en que las baterías de litio pueden explotar o incendiarse, pero los escenarios de fuga térmica como estos son los más comunes. Sin embargo, común es un término relativo, porque las baterías de iones de litio alimentan la mayoría de los productos recargables del mercado, y es bastante raro que ocurran retiros a gran escala o amenazas de seguridad.
Aunque las baterías de fosfato de hierro y litio (LiFePO4) no son exactamente nuevas, ahora están ganando terreno en los mercados comerciales globales. Aquí hay un desglose rápido de lo que hace que las baterías LiFePO4 sean más seguras que otras soluciones de baterías de litio.
Las baterías LiFePO4 son más conocidas por su fuerte perfil de seguridad, el resultado de una química extremadamente estable. Las baterías a base de fosfato ofrecen una estructura química y mecánica superior que no se sobrecalienta a niveles peligrosos. Por lo tanto, proporciona un aumento de la seguridad en comparación con las baterías de iones de litio fabricadas con otros materiales de cátodo.
Esto se debe a que los estados cargados y descargados de LiFePO4 son físicamente similares y muy robustos, lo que permite que los iones permanezcan estables durante el flujo de oxígeno que ocurre junto con los ciclos de carga o posibles fallas de funcionamiento. En general, el enlace fosfato-óxido de hierro es más fuerte que el enlace cobalto-óxido, por lo que cuando la batería está sobrecargada o sujeta a daños físicos, el enlace fosfato-óxido permanece estructuralmente estable; mientras que en otras químicas del litio, los enlaces comienzan a romperse y liberan calor excesivo, lo que eventualmente conduce a una fuga térmica.
Las pilas de fosfato de litio son incombustibles, lo cual es una característica importante en caso de mal manejo durante la carga o descarga. También pueden soportar condiciones duras, ya sea un frío glacial, un calor abrasador o un terreno accidentado.
Cuando se someten a eventos peligrosos, como una colisión o un cortocircuito, no explotan ni se incendian, lo que reduce significativamente las posibilidades de daños. Si está seleccionando una batería de litio y prevé su uso en entornos peligrosos o inestables, es probable que LiFePO4 sea su mejor opción.
La mayoría de las baterías LiFePO4 también vienen con un Sistema de administración de baterías (BMS) que tiene muchas características de seguridad adicionales, que incluyen; protección contra sobrecorriente, sobrevoltaje, bajo voltaje y sobrecalentamiento y las celdas vienen en una carcasa de acero inoxidable a prueba de explosiones.
También vale la pena mencionar que las baterías LiFePO4 no son tóxicas, no contaminantes y no contienen metales de tierras raras, lo que las convierte en una opción respetuosa con el medio ambiente. Las baterías de litio de plomo-ácido y óxido de níquel conllevan un riesgo ambiental significativo (especialmente ácido de plomo, ya que los productos químicos internos degradan la estructura del equipo y eventualmente causan fugas). En comparación con las baterías de plomo-ácido y otras baterías de litio, las baterías de fosfato de hierro y litio ofrecen ventajas significativas, que incluyen una descarga y una eficiencia de carga mejoradas, una vida útil más larga y la capacidad de realizar ciclos profundos mientras se mantiene el rendimiento. Las baterías LiFePO4 a menudo tienen un precio más alto, pero un costo mucho mejor durante la vida útil del producto, un mantenimiento mínimo y un reemplazo poco frecuente las convierte en una inversión que vale la pena y una solución más segura a largo plazo.
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