¿Qué química es mejor para electrificar su vehículo?
Descubramos los diferentes tipos de pilas
Composición y características de las baterías de litio con química LCO:
Litio-Cobalto-Óxido (LiCoO 2 )
Las baterías de litio con química LCO son las menos recientes, principalmente utilizadas para dispositivos electrónicos y aplicaciones móviles, y consta de un cátodo de óxido de cobalto (electrodo positivo) y un ánodo de grafito y carbono (electrodo negativo).
La ventaja de esta química es que tiene una energía específica alta y es perfecta para baterías medianas-pequeñas, que pueden funcionar bien, por lo que se pueden cargar muy rápidamente.
Las baterías LCO son, de hecho, las más utilizadas para teléfonos inteligentes, cámaras digitales y computadoras portátiles.
Por otro lado, su uso se limita principalmente a aplicaciones que no son demasiado grandes debido a su limitaciones de seguridad. Además, cuentan con una corriente de descarga bastante baja y esto puede hacer que se sobrecalienten rápidamente bajo cargas elevadas.
También contienen una elevada proporción de cobalto, un elemento caro, difícil de encontrar y asociado a importantes problemas éticos en la extracción, por lo que cada vez son más los fabricantes que intentan prescindir de él o limitar su uso al máximo. .
Composición y características de las baterías de litio con química LMO:
Litio-Manganeso-Óxido (LiMn 2 O 4 )
Baterías de litio con química de OVM funcionan de manera muy similar a los que usan tecnología LCO. Son ampliamente utilizados en pequeños dispositivos como herramientas eléctricas.
La principal característica de las baterías LMO es su capacidad de proporcionar mucha energía en poco tiempo. baterías LMN consisten en un cátodo de óxido de manganeso y un ánodo de grafito.
A menudo se utilizan para bicicletas eléctricas, en jardinería, equipos médicos y herramientas eléctricas como taladros y destornilladores.
baterías OVM tienen una mayor estabilidad térmica que las baterías con química LCO, pero están limitadas por su capacidad, que es inferior a los sistemas basados en cobalto.
Composición y características de las baterías de litio con química LFP:
Litio – Hierro – Fosfato (LiFePO4)
La química LFP es la que mejor responde a las necesidades específicas del sector industrial, donde no se requiere una energía específica excesiva, pero sí una seguridad muy alta y ciclos de vida prolongados. Así que estamos hablando de un mundo muy amplio, que va desde la automatización, la robótica, la logística, la construcción, la agricultura, la náutica, los vehículos eléctricos, hasta los vehículos aeroportuarios, las plataformas aéreas y los vehículos especiales. De hecho, las baterías con química LFP son las más seguras y estables del mercado actual, y están disponibles en formatos de gran capacidad, tal y como exigen los sistemas industriales, sin necesidad de conectar muchos pequeñas celdas en paralelo, lo que reduciría su estabilidad y comprometería la seguridad del vehiculo. Los ciclos de vida de una batería con química LFP superan hoy ciclos 3,500 y, si está equipado con un buen sistema BMS, puede superar fácilmente 4,000, y en el futuro incluso más que ciclos 6,000 se puede esperar.Pero debemos tener cuidado, cuando hablamos de “ciclos de vida” no debemos pensar que después de 3,500 ciclos una batería está completamente agotada. De hecho, es importante recordar que el final de la vida útil de una batería en un vehículo siempre se considera que queda el 80 % de su capacidad, pero aún habrá muchas posibilidades de uso en otras áreas, como el almacenamiento de energía. Otra ventaja de la química LFP, además de su seguridad inherente y sus altos ciclos de vida, es que tiene una curva de descarga plana. En la imagen de abajo, la curva tiende a subir. Esta es la llamada curva de carga, mientras que las curvas descendentes se refieren al voltaje de la batería durante la descarga. El rango de tensión del 100 % al 0 % es por tanto muy similar, y este es un dato fundamental, ya que permite que las máquinas y los vehículos industriales garanticen el mismo rendimiento desde el principio hasta el final de la descarga.
Curva de descarga química de litio LFP
Por otro lado, esta ventaja también puede convertirse en una desventaja, ya que, debido a la curva plana, leer solo los voltajes hará que sea más complicado determinar un correcto SOC (estado de carga).
Para evitar esta limitación, el BMS El sistema de gestión de la batería deberá diseñarse de manera inteligente para proporcionar el estado de carga correcto y realizar las funciones de equilibrio de la mejor manera posible.
Una de las muchas ventajas de esta química es la ausencia total de cobalto, un material que, como ya hemos mencionado, es tóxico, uno de los más impactantes para el medio ambiente.
Muchos fabricantes de baterías de litio actualmente están tratando de reducir el porcentaje de cobalto en sus baterías, por lo que la química LFP, al ser libre de cobalto, parte con una gran ventaja.
Aunque hace sólo unos años, Baterías LFP parecía haber estado destinado a ser olvidado, ya que su densidad de energía era muy baja, alrededor de 100 Wh / Kg, hoy esta tecnología
ha resurgido literalmente de las cenizas con un aumento muy significativo de densidad energética, alcanzando 170 Wh / Kg en poco tiempo, despertando un gran interés en el mundo del automóvil.
Ya se esperan nuevos aumentos en la densidad gravimétrica a 220/230 Wh/Kg en los próximos años. Esta es exactamente la razón por la cual muchos fabricantes de automóviles han decidido reintroducir la química LFP para la electrificación de sus vehículos, en primer lugar Tesla, que actualmente la está utilizando. en su “gama estándar”
vehículos ya que garantiza un mayor nivel de seguridad, a un coste ligeramente inferior al Química NMC utilizado para vehículos de alto rendimiento. Como Tesla, Por lo tanto BYD, Volkswagen y muchos otros importantes fabricantes de automóviles ahora ven un gran potencial en la química LFP.
Composición y características de las baterías de litio con química NMC:
Níquel – Manganeso – Cobalto (LiNixMnyCozO2)
Hasta la fecha, las baterías con química NMC siguen siendo las más utilizadas en el sector de la automoción.
Con esta química, una energía específica muy alta de hasta 220 – 240 Wh/kg puede lograrse. Esta es claramente una ventaja competitiva decisiva para un automóvil, ya que permite almacenar una gran cantidad de energía con un peso y volumen reducidos.
permitiendo instalar más energía en el vehículo que otras tecnologías basadas en litio.
Hay varios tipos de química NMC:
CMN 111 (Níquel 33.3% – Manganeso 33.3% – Cobalto 33.3%)
CMN 622 (Níquel 60% – Manganeso 20% – Cobalto 20%)
CMN 811 (Níquel 80% – Manganeso 10% – Cobalto 10%)
Composición y características de las baterías de litio con química NCA:
Níquel – Cobalto – Aluminio (LiNiCoAIO2)
Las baterías con química NCA también se utilizan en el sector de la automoción junto con las baterías NMC. Su índice de seguridad es ligeramente inferior al de los NMC, pero al mismo tiempo tienen una densidad energética muy alta, alcanzando los 250-300 Wh/Kg. El NCA La estructura de la celda es muy similar a la del NMC 811, con un alto contenido de níquel y un bajo contenido de cobalto y aluminio. Debido a su alta capacidad de almacenamiento de energía, las baterías de litio NCA se usan a menudo en combinación con las químicas NMC para lograr un compromiso entre la densidad de energía, la seguridad y la estabilidad.
Composición y características de las baterías de litio con química LTO
titanato de litio (Li4Ti5O12)
Es una química que aún se menciona poco, pero parece ser muy prometedora en términos de ciclos de vida, ya que sus bajos voltajes internos y la falta de estrés mecánico le permiten degradarse muy poco, llegando fácilmente a 15,000 a 20,000 uso de este ciclos. Particularmente ventajoso, podría ser utilizado para la electrificación de automóviles y vehículos sujetos a un uso muy intenso, pero en la actualidad todavía presenta algunos problemas que limitan su uso y difusión.
Sus puntos débiles son 2:
La baja densidad de energía (177 Wh/l) y densidad gravimétrica (60-70 Wh/Kg), así como un voltaje nominal más bajo de 2.4 V o 2.8 V: esto significa que se necesitarán más celdas en serie para lograr el voltaje de batería deseado .
Su costo actual es muy alto, lo que se refleja en un bajo número de fabricantes de celdas LTO a nivel mundial, esto probablemente debido a los bajos volúmenes demandados actualmente por el mercado.
Sus ventajas, por otro lado, incluyen no solo su larga vida útil, sino también su amplio rango de temperatura y su excelente susceptibilidad a la carga y descarga de alta potencia, es decir, alta C-Rate (relación de corriente a capacidad nominal).
El uso ideal de la tecnología LTO son las aplicaciones de trabajo pesado como los AGV (vehículos guiados automatizados): imagine flotas de carretillas elevadoras autónomas que funcionen las 24 horas del día, los 7 días de la semana, que también aprovechan la carga rápida para reducir el tiempo de inactividad y, en consecuencia, aumentar la eficiencia de la planta.
De la teoría a la práctica: uso de la química de litio adecuada para cada aplicación
Hemos esbozado los 6 tipos principales de química a base de litio que actualmente son los más utilizados en las distintas áreas de electrificación. Pero no debemos pensar que estas químicas están en competencia entre sí, ¡sino todo lo contrario! Todos son valiosos y de alto rendimiento, pero cada químico de litio funciona mejor en diferentes áreas de uso.
Este diagrama muestra una comparación de las diversas características de las químicas en términos de:
● Energía Específica o Densidad Gravimétrica [Wh/Kg]: es la relación entre la cantidad de energía contenida (Wh = V x Ah) y el peso de la batería.
● Seguridad: que está estrechamente relacionada con la estabilidad térmica porque la seguridad intrínseca depende en gran medida de la estabilidad térmica de los componentes.
● C- Rate: tasa de carga/descarga, es decir, la relación entre la corriente de carga o descarga (A) y la capacidad nominal de la celda (Ah). Este es un parámetro estrechamente relacionado con la capacidad de la célula para generar energía.
● Ciclo de vida: Número de veces que se puede descargar y cargar la celda hasta llegar al final de su vida útil, normalmente se considera cuando se alcanza el 80% de la capacidad residual.
● Costo
Baterías LFP y LTO para el sector industrial
En la industria, la agricultura, o incluso para la electrificación de vehículos especiales, especialmente si se trata de aplicaciones altamente cíclicas que someten a estrés a la batería, es mejor utilizar químicas como LFP y LTO, donde la vida útil, la fiabilidad y la seguridad son la clave. requisitos más importantes.
En el mundo industrial, por tanto, la cuestión del espacio es un condicionante menor, al igual que no es imprescindible tener un rendimiento o una densidad energética excesivos. Al evaluar la elección de la química adecuada, entra en juego el factor más importante de seguridad, un aspecto que pocas personas quieren y pueden comprometer.
Es mejor tener una batería que sea un poco más voluminosa, pero que brinde una seguridad óptima y tenga una vida útil significativamente más larga. Hay vehículos, como los LGV y los AGV, que requieren un uso intensivo y un trabajo incesante las 3 horas del día, por lo que sus baterías llegan incluso a hacer 4 o 4,000 ciclos de carga en un solo día. Por lo tanto, la química LFP los respaldará fácilmente con sus más de XNUMX ciclos de recarga. Si se necesitan baterías para el almacenamiento estacionario, entonces la densidad de energía no significaría casi nada y, por el contrario, el costo de la batería y los ciclos de vida serían los elementos detrás de la elección de la química. La química LFP encontraría entonces su lugar.