Resumen

La batería de iones de litio es un candidato ideal para una amplia variedad de aplicaciones debido a su alta densidad de energía / potencia y voltaje de funcionamiento. En el ejército se usa en numerosos tipos de comunicaciones y aplicaciones robóticas del ejército. Las baterías de iones de litio se utilizan como fuente de alimentación primaria y secundaria. Nos centramos en el uso de fuentes de energía secundarias. La batería real de iones de litio se compara con los resultados de la simulación y con mediciones reales.

1. Introducción

Las baterías de iones de litio adquieren cada vez más importancia debido a su mayor capacidad específica, su mayor duración y su menor autodescarga en comparación con las baterías convencionales como las de NiCd o NiMH. Estas propiedades se basan en el uso de litio y materiales de intercalación de los que se forman los electrodos. Estas sustancias se caracterizan por la capacidad de liberar y luego incorporar iones de litio en su estructura, por lo que estas baterías difieren de las convencionales, en las que se produce la conversión química del material del ánodo y del cátodo. Otra ventaja es que estos acumuladores utilizan sólo una pequeña cantidad de electrolito, que sirve sólo como conductor de iones, lo que lleva nuevamente a reducir el tamaño de estas baterías. Las siguientes ecuaciones describen la función de las baterías de iones de litio. En estas ecuaciones, el óxido metálico LiMO₂ representa los materiales catódicos como LiCoO₂ o LiNiO₂. C se utiliza típicamente como material del ánodo [1].

Reacción en el electrodo positivo de las células de Li-Ion: 

LiMO₂⇄Li_1-xMO₂+xLi⁺ + xe^-                                     (1)

Reacción en el electrodo negativo de las células de Li-Ion:

C+xLi⁺+xe^-⇄Li_xC                                                       (2)

Reacción sumaria:

LiMO₂+C⇄Li_xC+Li_1-xMO₂                                        (3)

Actualmente el material más utilizado para el electrodo positivo en las células de iones de litio es el LiCoO₂ y sus modificaciones. Este tipo de material se usó en las primeras baterías comerciales de iones de litio fabricadas por Sony en 1991. Es un material con una estructura en capas, su voltaje contra el litio en estado puro es de 3,88 V y capacidad ~155 mAh/g.  Su desventaja es la peor temperatura y la estabilidad de los ciclos.  Una modificación mediante el uso de Ni es muy común. El material LiNi1-xCoxO₂ muestra una mejor estabilidad y una mayor capacidad que el material predeterminado, pero es ligeramente menos estable térmicamente. Las propiedades finales dependen del contenido de Co. La capacidad específica del material está entre 190 mAh/g y 220 mAh/g. Del mismo modo, el voltaje contra el litio varía de 3,72 a 3,78 V dependiendo del contenido de Co. Las primeras notas sobre el LiFePO₄, que se creó como su posible sustituto, datan de 1997. 

• Materias:Toma de decisiones - Modelos matemáticos Baterias eléctricas
• Subjects:Decision-making - Mathematical models Electric batteries
• Palabras claves:Batería de iones de litio, simulación numérica, modelo matemático, simulación, medición
• Keywords:Lithium ion battery, numerical simulation, mathematical model, simulation, measuring