martes, 28 de febrero de 2017

Baterías de litio:¿El futuro de la energía portátil?

En el año de 1991 se empiezan a comercializar las primeras baterías de iones de litio, fabricadas por Sony para alimentar diversos tipos de dispositivos. Esta batería supone grandes ventajas frente a las baterías de Niquel o Metal-Hidruro que ya existían, puesto que retiene mayor cantidad de carga en menor volumen. 

Es en el año de 1996 donde se empieza a comercializar la batería de polímeros de iones de litio, suponiendo una gran ventaja frente a su predecesora que a temperaturas elevadas de carga (60º centígrados) podía explotar. 

Esta nueva batería está fabricada de un polímero sólido en lugar de un disolvente líquido, y los electrodos y separadores son laminados entre sí, lo que permite que esta batería pueda ser adaptada para un dispositivo en particular.
Gracias a esta característica, las baterías empiezan a ser usadas en gran escala en diversos dispositivos, uno de ellos, el icónico iPod Classic, el cual da un fuerte impulso a estas baterías. 

La industria de las telecomunicaciones empieza a utilizar las baterías de iones de litio en los dispositivos. Es el iPhone quien desata otro "boom" en el consumo de estas piezas, puesto que sus terminales las empezaron a incorporar en el 2007. A partir de este año, los celulares empiezan a evolucionar de una forma sorprendente, incorporando muchos sensores dentro de ellos, como cámaras, giroscopios, acelerometros, barómetros y antenas celulares que anteriormente no incorporaban. 

Como consecuencia de esto, los fabricantes de dispositivos móviles empiezan a invertir grandes cantidades de dinero en la investigación y desarrollo de nuevas baterías, que les permitirán desarrollar dispositivos mas ligeros, delgados y con mayor autonomía. 

Gracias a la contaminación ambiental, se empiezan a fabricar automóviles completamente eléctricos, que requieren de baterías ligeras y de alta capacidad para poder funcionar de forma óptima, por lo tanto, empresas como Tesla se meten de lleno a desarrollar baterías que cumplan estas características. Ellos logran desarrollar una batería compuesta por celdas unitarias, es decir, por un arreglo de baterías pequeñas. 


lunes, 27 de febrero de 2017

Baterías de litio: ¿Qué? ¿Cuando? ¿Cómo? y ¿Dónde?

Para el desarrollo de una nueva batería se requieren de "reviews" de las baterías que se encuentran disponibles para el consumidor final. Para estos fines se harán dos cosas prácticamente en paralelo: consultar investigaciones y, adquirir las baterías más exitosas para hacerle pruebas especificas. 

Algunas fuentes como el Journal de electroquímica de Rusia nos puede ser de bastante utilidad, sobre todo el artículo en el que habla de los principios de funcionamiento de una batería de litio moderna. Algunas patentes nos podrían servir, tal como la que se publicó por Cheng-Hua Fu, Rui Xu y Chang-Long Han, en la cual hablan sobre una batería con un electrodo cargado con material activo, normalmente carbón, y el ion positivo está cargado con litio. 

Otro artículo publicado por Meng Hu, Xiaoli Pang y Zhen Zhou habla sobre la densidad de las baterías en el futuro, que nos permitirá tener una idea de como evolucionarán en su capacidad de retención de carga. 

La hipótesis es que existe una batería de litio que es capaz de retener mayores cantidades de energía. 

jueves, 23 de febrero de 2017

Rutas de investigación para encontrar la batería idonea.

Está mas que claro que las baterías son las que permitirán que el vehículo del mañana tenga la capacidad de moverse. El mayor detalle al que nos enfrentamos, ya sea como consumidores o como desarrolladores de prototipos, es que tipo de baterías se implementarán para vehículos, y en general, para cualquier tipo de dispositivo móvil. 

En este mes planeo desarrollar un artículo de investigación, y además un blog divulgativo, con la finalidad de poder buscar conocimiento, crearlo, comprobarlo y, además, compartirlo de una forma más versátil, para poder así clavar a los lectores no especializados, teniendo fundamentado el por qué de las cosas. 

Lo que deseo es poder desarrollar una capacidad de investigación, además de ser capaz de generar pruebas concretas dentro de un laboratorio. Para desarrollar la investigación acerca de las baterías, planeo hacer la compra de pequeñas celdas de diferentes tipos de baterías (Niquel-Metal Hidruro, iones de litio tales como las de Li-Polimero, o las Ion-LiMn2O4) para posteriormente hacerles diversas pruebas, tales como someterlas a un alto ciclado (cargarlas y descargarlas en periodos cortos de tiempo), a cargas ultra rápidas y a temperaturas no favorables para su funcionamiento. 

Este conocimiento será bastante útil para poder ver en que casos cierta batería tendrá un mejor rendimiento para determinadas aplicaciones, y no solo hablando en la industria automotriz, debido a que las baterías recargables se encuentran fácilmente en nuestra vida cotidiana: la calculadora que usamos, el celular que portamos, el portátil desde donde se está redactando esta entrada. Estamos ante un mundo que no pide, exige energía en prácticamente cualquier parte en la estemos. 

Se encuentra disponible una investigación corta acerca de baterías en la parte bibliográfica de mi entrada anterior, la cual podría tomar como base para poder guiar mi investigación sobre baterías, aunque no me limitaría a dejar la investigación como un complemento del escrito antes mencionado, puesto que realizaré investigación en otras fuentes sobre nuevos tipos de baterías que se estén desarrollando, aunque no sean necesariamente de iones de litio. 

En la primera semana planeo hacer un panorama para poder ver que hay en el mercado de las baterías, y adquirir las que sean de mayor utilidad para la investigación. 
No deseo hablar de cifras sin poder comprobarlas por cuenta propia, por eso planeo realizar pruebas durante la segunda y tercera semana de investigación, para recabar los datos sobre las baterías disponibles para el consumidor final, además de realizar investigaciones sobre baterías en desarrollo, que aún no se encuentran disponibles en el mercado. 
Durante la cuarta semana compilare todo el conocimiento recabado durante la investigación, puliré los detalles del artículo, además de dar una conclusión de la investigación en este mismo blog. 

Cabe destacar que se harán entrevistas varias a expertos en el tema, y el mayor reto es encontrar quien tiene dicho conocimiento, debido a que no conozco quien ha investigado las baterías, por lo tanto, aún no se define cuando podrían publicarse. 

miércoles, 15 de febrero de 2017

El vehículo del mañana



El auto del mañana, sin lugar a dudas, deberá ser eléctrico gracias a todas las bondades que tiene la generación de energía eléctrica limpia, frente a los combustibles fósiles como el diésel o la gasolina, y durante este periodo de transición, se podrán emplear alternativas como el biodiesel para disminuir la emisión de gases contaminantes mientras se da toda esta innovación tecnológica.

El vehículo con mayor autonomía que está disponible para el público general es fabricado por la compañía Tesla, un automóvil que, en el entorno real, da una autonomía promedio de 450 KM con su batería más grande: la de 100 KWh (La cifra que proporciona la compañía son 507 kilómetros, homologados por la EPA. Según el departamento de energía de los estados unidos, el Tesla Model S P100D cuenta con una autonomía de 98 millas por galón equivalente.


Dicha batería tiene un peso de 540kilogramos (5.4 Kg por  KWh) , según datos que proporciona el investigador L. David Roper. Esto en definitiva pone en la cima a Tesla, frente a compañías como Nissan con su modelo Leaf, que incorpora una batería de 24 KWh y un peso total de 294 Kg. (12.5Kg por KWh). Una batería de litio común se compone por una serie de capas de aluminio o plástico microperforado que llevan impregnadas el litio en sí, como si de un rollo de papel sanitario se tratase. 


La innovación en estas baterías está en buscar reducir el grosor de dichas capas de aluminio o plástico microperforado, ya que de esta forma se permitirá almacenar más litio en la batería, y eso lo demuestra Tesla con sus celdas individuales de alta capacidad




Investigadores de la universidad de Illinois están desarrollado una nueva microbatería tridimensional que se dice, revolucionará la industria electrónica, debido a que podría recargarse hasta 1,000 veces más rápido, sin sufrir los problemas de las baterías de litio cuando son cargadas a gran velocidad. 


Según otra investigación realizada por la misma universidad, la forma más sencilla de poder realizar una carga rápida es haciendo el material activo de la batería lo más delgado posible, pero a su vez hace que se pierda la posibilidad de almacenar grandes cantidades de energía. De aquí la gran importancia del grosor del elemento que se use como separador.  






Cabe destacar que hay varios tipos de batería de litio disponibles, como lo describe el Lic. Hamel Fonseca en su artículo, cada una tiene ciertas ventajas y desventajas contra las demás baterías, y valdría la pena analizar las baterías de Ion-Li-Polímero, que cuentan con una energía volumétrica de 200-380 y una capacidad de hacer de 300 a 500 ciclos de carga, asimismo las de Ion-LiMn2O4 que tienen una capacidad volumétrica de 220-270, pero que son capaces de soportar 1800 ciclos de carga y descarga.

A partir de la investigación, surgen dos preguntas decisivas para la autonomía del auto del mañana: ¿Que tan delgado puede ser el separador para poder albergar más litio y permitir cargas más rápidas? y ¿Cuál será el mejor compuesto para las baterías del auto del mañana?



Fuentes de consulta: 
Roper, D. (2016). Musings about Electric Vehicles (EVs). febrero 12, 2017, de roperld Sitio web: http://www.roperld.com/science/ElectricCarsMusings.pdf

Anónimo. (2014). La composición de una batería de litio. Febrero 15, 2016., de Electrónica Básica Sitio web: http://www.electronica-basica.com/composicion-bateria-litio.html

Asociacion de Productores de Energías Renovables. (2012). IMPACTOS AMBIENTALES DE LA PRODUCCIÓN DE ELECTRICIDAD. Febrero 18, 2017, de ITER Sitio web: http://proyectoislarenovable.iter.es/wp-content/uploads/2014/05/17_Estudio_Impactos_MA_mix_electrico_APPA.pdf

Ahlberg L.. (2013). Small in size, big on power: New microbatteries a boost for electronics. Febrero 18, 2017, de Illinois News Bureau Sitio web: https://news.illinois.edu/blog/view/6367/204839

Ahlberg L.. (2011). Batteries charge very quickly and retain capacity, thanks to new structure. Febrero 18, 2017, de Illinois News Bureau Sitio web: https://news.illinois.edu/blog/view/6367/205375

Hemel, J. (2010). CELDAS, PILAS Y BATERÍAS DE IONLITIO UNA ALTERNATIVA PARA….???. Febrero 18, 2017, de Kimerius Sitio web: http://kimerius.com/app/download/5783123155/Celdas,+pilas+y+bater%C3%ADas+de+I%C3%B3n-Litio+una+alternativa+para....pdf