Una batería de iones de litio o Li-ion es un tipo de batería recargable que utiliza la intercalación reversible de iones Li + en sólidos conductores electrónicamente para almacenar energía. En comparación con otras baterías recargables comerciales , las baterías de iones de litio se caracterizan por una mayor energía específica , mayor densidad de energía , mayor eficiencia energética , un ciclo de vida más largo y una vida útil más larga . También es digna de mención una mejora espectacular en las propiedades de las baterías de iones de litio después de su introducción en el mercado en 1991: en los siguientes 30 años, su densidad de energía volumétrica se triplicó mientras que su coste se redujo diez veces. [9]
La invención y comercialización de las baterías de iones de litio puede haber tenido uno de los mayores impactos de todas las tecnologías en la historia de la humanidad , [10] como lo reconoció el Premio Nobel de Química de 2019 . Más específicamente, las baterías de iones de litio hicieron posible la electrónica de consumo portátil , las computadoras portátiles , los teléfonos celulares y los automóviles eléctricos , o lo que se ha llamado la revolución de la movilidad eléctrica . [11] También ve un uso significativo para el almacenamiento de energía a escala de red, así como para aplicaciones militares y aeroespaciales .
Se pueden fabricar celdas de iones de litio para optimizar la energía o la densidad de potencia. [12] Los dispositivos electrónicos portátiles utilizan principalmente baterías de polímero de litio (con un gel de polímero como electrolito), un óxido de litio y cobalto ( LiCoO
2) material catódico y un ánodo de grafito , que juntos ofrecen una alta densidad de energía. [13] [14] Fosfato de hierro y litio ( LiFePO
4), óxido de litio y manganeso ( LiMn
2oh
4espinela o Li
2MnO
3materiales estratificados ricos en litio, LMR-NMC), y óxido de litio, níquel, manganeso y cobalto ( LiNiMnCoO
2o NMC) pueden ofrecer una vida más larga y una tasa de descarga más alta. NMC y sus derivados son ampliamente utilizados en la electrificación del transporte , una de las principales tecnologías (combinada con energías renovables ) para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero de los vehículos . [15]
M. Stanley Whittingham concibió los electrodos de intercalación en los años 1970 y creó la primera batería recargable de iones de litio, basada en un cátodo de disulfuro de titanio y un ánodo de litio-aluminio, aunque adolecía de problemas de seguridad y nunca llegó a comercializarse. [16] John Goodenough amplió este trabajo en 1980 utilizando óxido de cobalto y litio como cátodo. [17] El primer prototipo de la moderna batería de iones de litio, que utiliza un ánodo carbonoso en lugar de litio metálico, fue desarrollado por Akira Yoshino en 1985 y comercializado por un equipo de Sony y Asahi Kasei dirigido por Yoshio Nishi en 1991. [18] M. Stanley Whittingham , John Goodenough y Akira Yoshino recibieron el Premio Nobel de Química 2019 por sus contribuciones al desarrollo de baterías de iones de litio.
Las baterías de iones de litio pueden representar un peligro para la seguridad si no se diseñan y fabrican adecuadamente porque tienen electrolitos inflamables que, si se dañan o se cargan incorrectamente, pueden provocar explosiones e incendios. Se han logrado grandes avances en el desarrollo y fabricación de baterías de iones de litio seguras. [19] Se están desarrollando baterías de estado sólido de iones de litio para eliminar el electrolito inflamable. Las baterías mal recicladas pueden generar desechos tóxicos, especialmente de metales tóxicos, y corren el riesgo de incendio. Además, tanto el litio como otros minerales estratégicos clave utilizados en las baterías presentan importantes problemas de extracción: el litio consume mucha agua en regiones a menudo áridas y otros minerales utilizados en algunas químicas de iones de litio pueden ser minerales conflictivos como el cobalto . [ no verificado en el cuerpo ] Ambos problemas ambientales han alentado a algunos investigadores a mejorar la eficiencia mineral y encontrar alternativas como productos químicos de iones de litio con fosfato de hierro y litio o productos químicos de baterías no basadas en litio, como las baterías de hierro-aire .