una fuente de poder portátil se ha convertido en el salvavidas del mundo tecnológico moderno especialmente en la batería de iones de litio imagínense un mundo en el que todos los automóviles son conducidos por motores de inducción y no por motores de combustión interna no los motores de inducción son muy superiores a los motores de combustión interna además de ser más robustos y económicos otra gran desventaja de los motores de combustión interna es que sólo producen un torque útil en una banda estrecha de revoluciones del motor considerando todos estos factores los motores de inducción son definitivamente
la elección perfecta para un automóvil sin embargo la fuente de poder para un motor de inducción es la verdadera traba para lograr una importante revolución de los motores de inducción en la industria del automóvil exploremos como tesla con la ayuda de las celdas de iones de litio resolvió este problema y por qué las celdas de iones de litio van a ser aún mejores en el futuro saquemos una celda tesla del paquete de baterías y desarmamos la se pueden ver diferentes capas de compuestos químicos en su interior la batería de iones de litio de tesla funciona
sobre un concepto interesante asociado a los metales llamado potencial electroquímico el potencial electro químico es la tendencia de un metal a perder electrones de hecho la primera celda desarrollada por alessandro volta hace más de 200 años se basaba en el concepto de potencial electro químico aquí se muestra una serie electroquímica general de acuerdo con estos valores el litio tiene la mayor tendencia a perder electrones y el flúor tiene la menor tendencia a perder electrones volta tomo dos metales con diferentes potenciales electroquímicos en este caso el zinc y la plata y creó un flujo externo de
electricidad son y fabricó el primer modelo comercial de una batería de iones de litio en 1991 de nuevo se basaba en el mismo concepto de potencial electroquímico el litio que tiene la mayor tendencia a perder electrones se utilizó en las celdas de iones de litio el litio sólo tiene un electrón en su cubierta exterior y siempre quiere perder este electrón por esta razón el litio puro es un metal altamente reactiva e incluso reacciona con el agua y el aire el truco de una batería de iones de litio es el hecho de que el litio en
su forma pura es un metal reactivo pero cuando el litio forma parte de un óxido metálico es bastante estable supongamos que de alguna manera hemos separado un átomo de litio de este óxido de metal este átomo de litio es altamente inestable y formará instantáneamente un ión de litio y un electrón sin embargo el litio como parte del óxido de metal es mucho más estable que en este estado si puedes proporcionar dos caminos diferentes para el flujo de electrones y de iones de litio entre el litio y el óxido de metal el átomo de litio alcanzará
automáticamente la parte de óxido de metal durante este proceso hemos producido electricidad a partir del flujo de electrones a través del único camino de estas discusiones queda claro que podemos producir electricidad a partir de este óxido de litio metálico si primero separamos los átomos de litio metálico del óxido de litio y en segundo lugar guiamos a los electrones perdidos de dichos átomos de litio a través de un circuito externo veamos como las celdas de iones de litio logran estos dos objetivos una práctica celda de iones de litio también utiliza un electrolito y grafito el grafito
tiene una estructura en capas estas capas se unen libremente de modo que los iones de litio separados pueden almacenarse muy fácilmente allí el electrolito entre el grafito y el óxido de metal actúa como un protector que solo permite el paso de iones de litio ahora veamos qué sucede cuando se conecta a una fuente de poder a través de esta disposición el lado positivo de la fuente de poder obviamente atraerá y eliminará electrones de los átomos de litio del óxido de metal estos electrones fluyen a través del circuito externo ya que no pueden fluir a través
del electrolito y alcanzar la capa de grafito mientras tanto los iones de litio cargados positivamente serán atraídos hacia el terminal negativo y fluirán a través del electrolito los iones de litio también alcanzan el espacio de la capa de grafito y quedan atrapados allí una vez que todos los átomos de litio llegan a la lámina de grafito la celda está completamente cargada así hemos logrado el primer objetivo que son los iones de litio y los electrones desprendidos del óxido de metal como discutimos este es un estado inestable como si estuviera posado en la cima de una
colina tan pronto como se retira la fuente de poder y se conecta una carga los iones de litio quieren volver a su estado estable como parte del óxido de metal debido a esta tendencia los iones de litio se mueven a través del electrolito y los electrones a través de la carga como si se deslizarán por una colina así obtenemos una corriente eléctrica a través de la carga tenga en cuenta que el grafito no interviene en la reacción química de las celdas de iones de litio el grafito es solo un medio de almacenamiento para iones de
litio si la temperatura interna de la celda aumenta debido a alguna condición anormal el electrolito líquido se secará y habrá un cortocircuito entre el ánodo y el cátodo y esto puede provocar un incendio o una explosión para evitar esta situación se coloca una capa aislante llamada separador entre los electrodos el separador es permeable para los pequeños iones de litio debido a su micro porosidad en una celda práctica el grafito y el óxido de metal se recubren sobre láminas de cobre y aluminio las láminas actúan como colectores de corriente aquí y las lengüetas positivas y negativas
se pueden sacar fácilmente de los colectores de corriente una sal orgánica de litio actúa como electrolito y se recubre la hoja separadora estas tres láminas están enrolladas en el cilindro alrededor de un núcleo centro el de acero lo que hace que la celda sea más compacta una celda tesla estándar tiene un voltaje de entre 3 y 42 voltios muchas de estas celdas de tesla están conectadas en seria y en paralelo para formar un módulo 16 de estos módulos se conectan en serie para formar una batería en el automóvil tesla las celdas de iones de litio
producen mucho calor durante la operación y una temperatura alta deteriorará el rendimiento de la celda un sistema de gestión de baterías se utiliza para gestionar la temperatura el estado de carga la protección de la tensión y el control del estado de las celdas de un número tan elevado de celdas la tecnología de refrigeración basada en glicol se utiliza en un paquete de baterías tesla el sgb ajusta el caudal de glicol para mantener la temperatura óptima de la batería la protección de voltaje es otra tarea crucial del sgm por ejemplo en estas tres celdas durante la
carga la celda de mayor capacidad se cargará más que el resto para resolver este problema el sgb utiliza algo llamado balance de celdas en el balanceo de celdas todas las celdas pueden cargarse y descargarse por igual protegiendo las así de sobretensiones y sub tensiones y aquí es donde tesla gana puntos por encima de la tecnología de baterías de nissan el nissan leaf tiene un gran problema de refrigeración de la batería debido al gran tamaño de sus celdas y a la ausencia de un método de refrigeración activa el diseño pequeño múltiple de la celda tiene una
ventaja más durante situaciones de alta demanda de potencia la tensión de descargas se dividirá por igual entre cada una de las celdas en lugar de muchas celdas pequeñas si hubiéramos usado una sola celda gigante habría sido sometida a mucha presión y eventualmente habría sufrido una muerte prematura al utilizar muchas celdas cilíndricas pequeñas cuya tecnología de fabricación ya está bien establecida tesla tomó claramente una decisión ganadora existe un fenómeno mágico que ocurre dentro de las celdas de iones de litio durante su primera carga que evita que las celdas de iones de litio mueran repentinamente veamos que
es los electrones en la capa de grafito son un gran problema el electrolito se degradará si los electrones se entran en contacto con él sin embargo los electrones nunca entran en contacto con el electrolito debido a un descubrimiento accidental la interfaz de electrolito sólida cuando se carga la celda por primera vez como se explicó anteriormente los iones de litio se mueven a través del electrolito aquí en este viaje las moléculas de disolvente en el electrolito cubren los iones de litio cuando llegan al grafito los iones de litio junto con las moléculas de disolvente reaccionan con
el grafito y forman una capa llamada capa y ese la formación de esta capa de iese es una bendición disfrazada previene cualquier contacto directo entre los electrones y el electrolito salvando así al electrolito de la degradación en este proceso global de formación de la capa de ie se consumirá el 5% del litio el 95% restante del litio contribuye el funcionamiento principal de la batería aunque la capa de y ese fue un descubrimiento accidental con más de dos décadas de investigación y desarrollo los científicos han optimizado el grosor y la química de la capa de iese
para obtener el máximo rendimiento de celdas más específicamente en cea es asombroso descubrir que esos aparatos electrónicos que usamos hace dos décadas no usaban baterías de iones de litio con su asombrosa velocidad de crecimiento se espera que el mercado de baterías de iones de litio se convierte en una industria anual de 90 millones de dólares en pocos años el número actual de ciclos de carga y descarga de una batería de iones de litio es de unos 3000 grandes mentes de todo el mundo están poniendo sus mejores esfuerzos para aumentarlo a 10 mil ciclos esto significa
que no tendrás que preocuparte por reemplazar la batería de tu automóvil durante 25 años ya se han invertido millones de dólares en la investigación para reemplazar el medio de almacenamiento grafito por silicio si esto tiene éxito la densidad de energía de la celda de iones de litio aumentará en más de 5 veces esperamos que este vídeo le haya proporcionado un entendimiento conceptual claro sobre las celdas de iones de litio y su futuro por favor no olvide apoyarnos en padre un punto com gracias
