Intrigante, pero frustrante, ¿por qué las baterías mueren con el frío? La temperatura es uno de los factores más influyentes en el rendimiento de una batería.
Cuando la temperatura baja, las reacciones químicas necesarias para generar energía se vuelven más lentas y menos eficientes, lo que provoca una disminución de la capacidad y la tasa de descarga de la batería. Además, la batería se vuelve menos mecánicamente estable y la carga puede causar daños mayores.
En esta entrada del blog, aprenda por qué el frío es tan perjudicial para la vida útil de la batería y las cinco formas de mantener las baterías calientes en el frío.
¿Por qué las baterías se agotan con el frío?
Las celdas de las baterías son sensibles a las condiciones ambientales y, por lo general, se prueban para que sobrevivan a una amplia gama de temperaturas. Pero cuando la temperatura baja significativamente, puede causar daños graves a sus baterías. Pero, ¿por qué las baterías se agotan con el frío?
Cuando la temperatura baja, las reacciones químicas necesarias para generar energía se vuelven más lentas y menos eficientes. Este estrés prolongado provoca una degradación en la capacidad y la tasa de descarga de la batería. Además, la batería se vuelve menos mecánicamente estable, lo que aumenta la posibilidad de una falla repentina.
Además, si el proceso de carga de una batería se lleva a cabo con tiempo frío, las reacciones químicas pueden verse aún más comprometidas. Las celdas de batería como las de iones de litio funcionan con reacciones de reducción reversibles, y cuando la temperatura baja significativamente, se produce un revestimiento rápido (depósito de iones de litio en el ánodo sin intercalación en los sitios de carbono). Con esto, el separador dentro de la celda puede perforarse y causar un cortocircuito que agote la batería.
¿Cómo afecta el frío a las baterías de iones de litio?
¿Alguna vez ha tenido que abandonar un proyecto al aire libre o un viaje por carretera porque sus baterías de iones de litio se habían agotado prematuramente debido al frío? Pues bien, el frío es duro para las baterías de iones de litio y puede reducir significativamente su eficiencia y rendimiento, a pesar de su reputación como una de las mejores baterías en climas fríos.
Las baterías de litio descargan una corriente eléctrica cuando se produce la transferencia de iones de litio del ánodo de grafito (electrodo negativo) al cátodo (electrodo positivo). Este proceso se ralentiza en climas fríos, lo que debilita su potencia. A medida que la temperatura desciende, los iones de litio simplemente recubrirán el ánodo (recubrimiento de litio), lo que aumentará la resistencia del electrolito y hará que haya menos iones de litio disponibles para provocar el flujo de electricidad. Esto puede reducir el 20-30 % de la capacidad nominal de la batería, aunque, idealmente, las baterías de iones de litio deberían funcionar al 98-95 % de la capacidad nominal.
En resumen, podemos decir que, si bien las baterías de litio aún mantienen la mayor parte de su rendimiento en climas fríos y probablemente siguen siendo las mejores baterías en climas fríos, pueden experimentar importantes deficiencias si no se usan, cargan y almacenan de acuerdo con las especificaciones para climas fríos. Por lo tanto, es importante considerar estos efectos negativos de las baterías de litio en climas fríos al planificar cualquier proyecto, viaje por carretera, etc., en climas fríos.
Comprensión de las reacciones químicas a bajas temperaturas
Como se mencionó anteriormente, cuando las temperaturas bajan, la tasa de intercalación de iones de litio en el electrodo de grafito y la conductividad del electrolito dentro de la batería disminuyen.
La reacción de intercalación se divide en dos pasos: inserción iónica y adsorción iónica. El proceso de inserción iónica es el movimiento de los iones de litio de la superficie del cátodo a los sitios de carbono del grafito. El proceso de adsorción iónica es la asimilación de iones de litio en la superficie de la malla de carbono. La energía de activación para la intercalación disminuye con la disminución de la temperatura y, en consecuencia, disminuye la tasa de inserción y adsorción de litio.
La reacción de recubrimiento de litio es el proceso por el cual los iones de litio forman una zanja extendida de aleación en la superficie del cátodo, lo que reduce el número de iones de litio disponibles para su inserción en los sitios de carbono. A medida que la temperatura baja, la formación de la aleación aumenta, lo que aumenta la tasa de recubrimiento. Este recubrimiento no solo reduce la cantidad de iones de litio disponibles para la intercalación, sino que también ralentiza la tasa de intercalación.
Fuente de la tabla: Un estudio experimental del funcionamiento de una celda de iones de litio a bajas temperaturas de ScienceDirect
Dada la información anterior, está claro que cuando las temperaturas bajan, la capacidad de una batería de iones de litio para funcionar se ve comprometida.
¿Pueden congelarse las baterías de litio?
Es una pregunta común: «¿Se congelan las baterías de litio?» El hecho es que, si se interpreta literalmente el término «congelar», la respuesta tendría que ser no. Sin embargo, la capacidad de la batería para alimentar dispositivos a temperaturas bajo cero puede verse muy impedida y acortada.
Cuando las baterías de litio se exponen a bajas temperaturas, la tasa de transferencia de iones de litio dentro y fuera del ánodo disminuye rápidamente. Esta disminución en la tasa de transferencia de iones de litio es causada por la aleación de iones de litio que se deposita en la superficie del ánodo, lo que impide la entrada de iones en el sitio de carbono del ánodo. Como resultado, esto evita el flujo de corriente y reduce drásticamente la capacidad de la batería. En otras palabras, la batería «se congela» si los iones de litio no pueden pasar por el ánodo.
Además de una reducción de la capacidad, las temperaturas bajo cero también afectan a ciertos componentes de la batería de una manera más perjudicial. Por ejemplo, el electrolito podría volverse rígido y circular con menos fluidez, lo que disminuiría la tasa de transferencia de iones de litio. Una disminución de la capacidad da como resultado una disminución del voltaje de la batería y de la potencia de salida.
En resumen, las temperaturas bajo cero afectan negativamente a las baterías de litio, aunque técnicamente no se puede "congelar" una batería. Cuando se exponen a bajas temperaturas, los iones de litio no podrán transferirse de manera tan eficiente dentro y fuera del ánodo, y los componentes de la batería tampoco podrán funcionar tan bien.
¿Qué temperatura es mala para las baterías de litio?
Es importante comprender qué temperaturas son malas para las baterías de litio si se planea usarlas en equipos con amplios rangos de temperatura. Aunque el rango de temperatura óptimo para las baterías de litio es de -20 °C a 60 °C, las baterías de litio solo deben cargarse a temperaturas entre 0 °C y 55 °C (32 °F y 131 °F) para una máxima seguridad. Las temperaturas más altas pueden provocar una explosión, por lo que es importante verificar que la temperatura esté dentro del rango seguro antes de cargar.
Entonces, ¿qué tan fría es demasiado fría para las baterías de litio? Desafortunadamente, cualquier temperatura inferior a 0 °C puede causar daños apreciables a las baterías. Las reacciones químicas al cargar baterías de litio por debajo del punto de congelación se ralentizarán hasta un punto en el que apenas se producirá energía útil. En este punto, las baterías pueden dejar de funcionar por completo.
Si planea usar baterías de litio a temperaturas bajo cero, debe evitar cargarlas, ya que puede causar daños permanentes. Entonces, puede preguntarse: ¿cómo mantener calientes las baterías de litio?
5 consejos para mantener calientes las baterías de litio en climas fríos
El invierno es una época que requiere un cuidado y un esfuerzo adicionales a la hora de mantener caliente una batería de litio en climas fríos. ¿Cómo mantener las baterías calientes en invierno? Aquí tiene 5 excelentes consejos para mantener sus baterías de litio calientes en climas fríos.
1. Utilice una manta para batería. Las mantas para batería son mantas aislantes que se utilizan para mantener las baterías calientes en climas fríos. Están diseñadas para ajustarse perfectamente a la batería para evitar que se exponga a las bajas temperaturas. Proporcionan un buen aislamiento para reducir la exposición de las celdas de la batería al ambiente frío al atrapar el calor generado por la batería, al tiempo que la protegen de los elementos.
2. Guarde la batería en una unidad de almacenamiento aislada o en una caja de batería. Las unidades de almacenamiento aisladas y las cajas de batería son unidades compactas y reutilizables fabricadas con una variedad de materiales diseñados para mantener calientes las baterías de litio al limitar la cantidad de aire frío que entra en contacto con los componentes de la batería. El aislamiento en ellas también ayuda a retener cualquier calor generado por la batería y proporciona calor adicional.
3. Use paneles solares para cargarlas antes de salir al frío. En climas fríos, las baterías de litio pierden su carga más rápidamente de lo habitual. Es una buena idea cargar las baterías de litio con paneles solares antes de salir de casa. Los paneles solares son una excelente manera de generar un flujo de energía constante y consistente que puede mantener sus baterías cargadas y a la temperatura óptima incluso en los días más fríos.
4. Almacene las baterías de litio en un área con calefacción, como un garaje. Mantener la batería en un área con calefacción, como un garaje, puede marcar una gran diferencia para mantenerla funcionando y caliente incluso en climas fríos. Al hacer esto, podrá reducir la tasa de daños a la batería causados por las bajas temperaturas.
5.Utilice un calentador de batería. Los calentadores de batería son una excelente opción para proporcionar aislamiento a las baterías de litio y mantenerlas calientes incluso en las condiciones más frías. Los calentadores de batería diseñados específicamente para baterías de litio vendrán con temperaturas y configuraciones ajustables que puede usar para garantizar la longevidad de su batería en climas fríos.
Use baterías de iones de litio que duren más tiempo en frío extremo
Para contrarrestar los efectos del frío, debe invertir en una batería de alta calidad que sea robusta y eficiente. ¿Necesito una batería de litio con calefacción? Sí, la necesita absolutamente si va a utilizar su batería de litio durante temperaturas extremadamente frías.
En Renogy, ofrecemos lo mejor en baterías de iones de litio avanzadas que ofrecen el máximo rendimiento en climas fríos extremos. Nuestra batería inteligente de fosfato de hierro y litio con función de auto-calentamiento está diseñada no solo para sobrevivir, sino para prosperar en temperaturas tan bajas como -40 °C. Esta batería avanzada cuenta con una función de auto-calentamiento automático que comienza a -40 °C y se detiene a 10 °C.
Ofertas por tiempo limitado ya disponibles. No se pierda los descuentos exclusivos en paneles solares, baterías y kits de energía para vehículos recreativos.
Además, la batería de iones de litio de Renogy garantiza que su dispositivo esté siempre seguro y funcione mediante un sistema de autoequilibrio y un eficiente sistema de gestión de batería. También ofrece protección contra bajas temperaturas que se activa cuando la temperatura ambiente de carga desciende por debajo de 0 °C.
La batería de iones de litio de Renogy también utiliza la última tecnología de celdas tipo bolsa. A diferencia de las carcasas metálicas, las celdas tipo bolsa ayudan a dispersar el calor y el gas. Es más ligera, ofrece un mejor rendimiento de ciclo y resiste mejor las bajas temperaturas. Y también cuenta con una garantía de 5 años, por lo que puede estar seguro de su rendimiento a largo plazo.
¿Por qué no probarla? Le prometemos que no se arrepentirá de tener una batería fiable y eficiente de fosfato de hierro y litio en climas fríos.
