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VENTAJAS DE LAS BATERÍAS DE IÓN LITIO DE CÁTODO DE FOSFATO DE HIERRO LITIO (LiFePO4)

Las baterías de plomo ácido están hechas (no sorprendentemente) de una mezcla de placas de plomo y ácido sulfúrico. Este era el primer tipo de batería recargable inventado allá por 1859.

Por otra parte, las baterías ión-litio son una invención mucho más nueva, y sólo han estado por aquí, comercialmente hablando, desde los 80.

La tecnología del litio ha llegado a estar bien probada en electrónica de pequeña potencia tal como portátiles o herramientas inalámbricas, y ha llegado a ser progresivamente común en estas aplicaciones – saliendo de la más vieja composición química de la batería recargable NiCad (níquel-cadmio) debido a las muchas ventajas del litio.

Pero como pueden recordar las muchas historias de hace unos pocos años sobre las baterías de los portátiles defectuosos estallando en llamas – las baterías ión-litio también ganaron una reputación para prenderse fuego en una moda dramática. La formulación de la batería de ión-litio comúnmente usada había sido LiCoO2 (litio-cobalto-óxido), y esta composición química de batería es propenso al escape térmico si la batería está sobrecargada accidentalmente. Esto podría conducir a la batería a saltar en llamar por sí misma – y un fuego de litio arde caliente y rápido.

Esta es una de las razones por las que el litio raramente es usado para crear bancos de batería grandes.

Pero en 1966 una nueva fórmula de baterías ión-litio fue desarrollada – litio-ión-fosfato. Conocidas como LiFePO4 o LFP, estas baterías tienen una densidad de energía ligeramente más baja pero son intrínsecamente incombustibles, y mucho más seguras que las de litio-cobalto-óxido. Y una vez que considere las ventajas, las baterías ión-litio llegan a ser extremadamente tentadoras.

1.- Capacidad “utilizable” superior:

A diferencia de las baterías de plomo ácido, se consideran prácticas para usar regularmente el 90% de la capacidad nominal de un banco de batería de litio, y ocasionalmente más. Considere una batería de 100 A hora – si fuese de plomo ácido sería sólo se podría usar 30 a 50 A hora de capacidad, pero con el litio LFP podrías aprovechar 90 A hora o incluso 100 A hora (100% DoD o profundidad de descarga).

2.- Ciclos de Vida superiores:

Los resultados experimentales indican que podría esperar de 3.000 a 10.000 ciclos de vida para un banco de baterías de fosfato de litio-hierro. Ambos, el ratio C y la profundidad de descarga (DoD) afectan a la vida útil esperada. Alguna medida reciente muestra que una batería LFP entregará más del 80% de su capacidad después de 3.000 ciclos al 100% DoD (profundidad de descarga) o incluso 8.000 ciclos al 65% DoD (profundidad de descarga). Todos estos tests están hechos con ciclos de ratio 1C, es decir, con ritmos de cargas – descargas de 1 hora; si este ritmo o tiempo es superior, los ciclos aumentan notablemente, pudiendo llegar a los 20.000 ciclos.

En contraste, incluso las mejores baterías de plomo ácido de ciclo profundo nos aportan 250-1.200 ciclos.

El dibujo de debajo muestra el número esperado de ciclos para las baterías de lirio-ión-fosfato en diferentes DoD en ratio 1C, es decir, cargas y descargas en 1h.

3.- Pérdidas de Peukert y Caída de Voltaje virtualmente no existentes:

La curva de descarga de las baterías de litio (especialmente en comparación con el plomo ácido) es esencialmente plana – significando que una batería cargada al 20% suministrará prácticamente el mismo voltaje de salida que una batería cargada al 80%. Esto previene de los problemas derivados de la “caída del voltaje”, problema típico para el plomo ácido cuando se descarga.

En contrapartida, una vez que las baterías de litio están completamente descargadas, sus voltajes caen en picado rápidamente – es misión del BMS proteger las baterías para que absolutamente nunca ocurra esto. Completamente descargado, un banco de ión-litio, incluso una vez, puede quedar permanentemente muerto.

Otra gran ventaja de las baterías de litio es que las pérdidas de Peukert son esencialmente inexistentes. Esto significa que las baterías ión-litio pueden entregar su capacidad nominal completa, incluso con corrientes altas. Mientras, el plomo ácido puede ver hasta el 40% de pérdida de su capacidad en cargas altas. En la práctica, esto significa que los bancos de batería ión-litio encajan muy bien para alimentar cargas de corrientes altas como un aire acondicionado, un micro-ondas o un fogón de inducción.

4.- Ventajas de tamaño y peso

Para destacar la única característica en términos de peso y tamaño de las baterías de ión-litio, cojamos un ejemplo concreto de dos baterías comerciales (evitaremos nombrar las marcas): plomo ácido vs batería de litio.

5.- Carga rápida y eficiente

Las baterías ión-litio pueden ser cargadas “rápidamente” al 100% de capacidad. A diferencia con la de plomo ácido, no hay necesidad de la fase final de absorción para obtener el 20% de almacenamiento final. Y, si tu cargador es lo suficientemente potente, las baterías de litio también pueden ser cargadas increíblemente rápido. Si puedes suministrar suficientes amperios de carga – puedes realmente cargar por completo una batería ión-litio en sólo 30 minutos!

Pero incluso si no puedes llenarlo totalmente al 100%, no te preocupes – a diferencia del plomo ácido, este fenómeno no daña las baterías.

Esto nos da mucha flexibilidad a la hora de seleccionar las fuentes de energía sin necesidad de preocuparnos de hacer periódicamente una carga completa. ¿Varios días parcialmente nubosos con tu sistema solar? Sin problema. Con litio,  carga lo que puedas y no te preocupes de dejar el banco de baterías perpetuamente infracargado.

6.- Muy poca energía desperdiciada:

Las baterías plomo ácido son menos eficientes en almacenar energía que las baterías ión-litio. Las baterías de litio cargan al casi 100% de eficiencia, comparado con el 85% de eficiencia de la mayoría de las baterías de plomo ácido.

Esto puede ser especialmente importante cuando cargas vía solar, cuando estás intentando sacar la máxima eficiencia posible de todos los amperios antes de que el sol se vaya o se cubra de nubes. Con tejado limitado esto llega a ser muy importante al optimizar toda superficie de potencia que puedes montar.

7.- Resistencia climática:

Las baterías de plomo ácido y de litio pierden capacidad en ambientes fríos. Sin embargo, como puedes ver en el diagrama de debajo, las baterías ión-litio son mucho más eficientes a bajas temperaturas. Además, el ratio de descarga afecta al rendimiento de las baterías de plomo ácido. A -20ºC, una batería de litio que entrega una corriente 1C, puede entregar más del 80% de su energía cuando la batería de plomo ácido entregará un 30% de su capacidad. Para ambientes duros (calor o frío), ión-litio es la solución tecnológica adecuada.

8.- Versatilidad en su modo de ubicación:

Las baterías ión-litio no necesitan ser almacenadas verticalmente, o en un compartimento de batería ventilado.

9.- Requisitos de mantenimiento cero:

Las baterías ión-litio tienen un mantenimiento libre en un periodo relativamente largo. Un proceso de “balanceo” para estar seguro que las células en un banco de batería están cargadas por igual lo aporta automáticamente el BMS. Sólo cargue la batería y listo.

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