¿Por qué las baterías de litio hechas de diferentes materiales tienen voltajes diferentes?

Diferencia de potencial del electrodo

El voltaje de una batería de litio se determina por los potenciales de electrodo de los materiales utilizados. Las diferencias en los potenciales de electrodo provocan variaciones en el voltaje de la batería. El electrodo positivo de una batería de iones de litio suele estar hecho de óxido metálico de litio, mientras que el electrodo negativo está hecho de materiales como grafito o nanotubos de carbono. Durante la carga y la descarga, se producen reacciones redox entre los electrodos positivo y negativo, generando voltaje. Las diferencias en el potencial redox de los distintos materiales dan lugar a diversos voltajes en la batería.

Diferencias en los tipos de materiales

Los distintos tipos de baterías de litio, como las de fosfato de hierro y litio (LiFePO₄), las ternarias de litio y las de óxido de cobalto y litio (LiCoO₂), presentan diferentes voltajes debido a los materiales utilizados. Por ejemplo, el voltaje nominal de una batería de fosfato de hierro y litio es de 3,2 V, mientras que el de una batería ternaria de litio y una de óxido de cobalto y litio es de 3,7 V. Esto se debe principalmente a que los materiales de sus electrodos positivos difieren, lo que provoca variaciones en el potencial electroquímico, lo que resulta en diferentes voltajes de batería.

Influencia de los electrolitos

Aunque los diferentes tipos de baterías de litio utilizan electrolitos de sal de litio, el voltaje total de la batería puede variar debido a las diferencias en los materiales de los electrodos positivo y negativo. El electrolito desempeña un papel fundamental en la conducción de iones dentro de la batería, y sus propiedades pueden afectar el rendimiento del voltaje de la batería.

A continuación se muestran los voltajes nominales de varios tipos de baterías de litio:

• Fosfato de hierro y litio (LiFePO4):3,2 V
• Batería de litio ternaria (NCM/NCA):3,7 V
• Óxido de litio y cobalto (LiCoO2):3,7 V
• Óxido de litio y manganeso (LiMn2O4):3,7 V
• Litio, níquel, manganeso y cobalto (LiNiMnCoO2):3,6 V – 3,7 V
• Titanato de litio (Li4Ti5O12):2,4 V
• Polímero de litio (LiPo):3,7 V
• Óxido de litio, níquel, cobalto y aluminio (NCA):3,6 V – 3,7 V
• Fosfato de litio y manganeso (LiMnPO4):3,2 V
• Batería de iones de sodio (Na-ion):3,0 V – 3,3 V
• Batería de litio de estado sólido:3,7 V (varía según la química)

Estos son voltajes nominales típicos, aunque los voltajes reales pueden variar levemente según la química específica, el diseño y el fabricante de la batería.

Conclusión

Los diferentes tipos de baterías de litio tienen voltajes nominales variables, influenciados principalmente por los materiales utilizados en el ánodo, el cátodo y el electrolito. Por ejemplo, las baterías LiFePO₄ tienen un voltaje de 3,2 V, mientras que las baterías ternarias y de LiCoO₂ suelen tener 3,7 V. Elegir el tipo y el voltaje de batería adecuados es crucial para optimizar el rendimiento y garantizar la seguridad.