¿Como es posible? Todos los fabricantes de baterías Li bajo el sol quieren crear baterías de carga rápida, por lo que es un tema de investigación candente.
No existe una definición estándar para las celdas de alta tasa de drenaje, pero las pautas básicas de diseño dictan que las celdas estándar basadas en óxido de cobalto pueden soportar una corriente continua de 2-C o tal vez de 3-C. Las celdas de alto drenaje basadas en óxido de cobalto soportan aproximadamente el doble de esas corrientes, pero solo por segundos. Las nuevas celdas de alto drenaje soportan 20 C continuos.
Dado que una celda de alta velocidad de descarga puede soportar descargas de alta corriente durante un período muy corto, en teoría, un cargador de batería podría cargar completamente esa celda en un período de tiempo igualmente corto. Pero para aprovechar esta posibilidad, se debe modificar el diseño convencional del cargador de batería. En aras de la simplicidad, estos cambios se pueden ilustrar con el ejemplo de un cargador de una sola bahía que admite un paquete de baterías de una sola celda.
Características de la celda
En la superficie, las células de iones de litio de carga rápida parecen sencillas. Parece que uno podría simplemente aumentar la corriente entregada durante la fase de corriente constante del ciclo de carga. Sin embargo, como se muestra en la tabla, el tiempo de carga general no disminuye significativamente cuando la corriente aumenta de 1 C a tasas más altas.
La diferencia en el tiempo de carga con una tasa de 2 C frente a una tasa de 3 C es solo de aproximadamente un minuto, independientemente del proveedor de la celda. Esencialmente, las celdas alcanzarán el corte de voltaje superior más rápido, pero el tiempo en el modo de carga de voltaje constante será mucho más largo. Obviamente, esto aumenta el potencial de daños a la batería debido a una sobretensión. La resistencia de las células tradicionales de iones de litio hará que se calienten más durante las cargas más rápidas, por lo que las células comenzarán a descomponerse. La carga rápida reduce significativamente el ciclo de vida de la batería.
Diseñar una celda que pueda acomodar velocidades de alta descarga y alta carga es un esfuerzo para reducir la longitud del camino y la resistencia para el transporte de iones y electrones. La figura 1 muestra una sección transversal de una celda cilíndrica de iones de litio típica. Los cambios comienzan con los materiales activos de la batería. Las células tradicionales de iones de litio se basan en un compuesto de cátodo de óxido de litio-cobalto (LiCoO2). En este material, los iones de litio, que se difunden dentro y fuera del cátodo, solo se pueden insertar a través de caminos en 2-D en la estructura cristalina.
La longitud de la ruta se puede acortar cambiando la morfología física del material activo de la batería o cambiando la estructura química del material, o haciendo ambas cosas. Un enfoque para abordar el problema físicamente es disminuir el tamaño de partícula de los materiales a un tamaño tan pequeño como la nanoescala. Nuevas químicas como la espinela de manganeso (LiMn2O4) ofrecen vías tridimensionales para la inserción de iones.
Además de estos cambios, la resistencia de las celdas debe reducirse utilizando materiales delgados, aumentando la cantidad de colectores de corriente, y aumentando la concentración de electrolitos y reduciendo su viscosidad con solventes. Muchos de estos cambios sugieren que las células de polímero de litio, que pueden ser muy delgadas, se prestan para su uso en el diseño de altas tasas.
Los fabricantes de células de iones de litio han estado experimentando con sus formulaciones para implementar diseños específicos para aplicaciones de alta velocidad. Algunos fabricantes han encontrado soluciones. E-One Moli Energy introdujo una celda de alta velocidad de descarga basada en un material de cátodo de espinela de manganeso para herramientas eléctricas inalámbricas.
