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De 1981 a 2021: ¿Qué tan apasionante es la historia de los condensadores de iones de litio?
El condensador de iones de litio (LIC) es un condensador híbrido que combina el mecanismo de almacenamiento de energía de las baterías de iones de litio con las características estructurales de los supercondensadores. Desde su primera introducción en 1981, el desarrollo de los condensadores de iones de litio ha estado tan lleno de innovaciones y avances como el propio condensador. En las últimas cuatro décadas, esta tecnología no solo ha impulsado cambios en el almacenamiento de energía eléctrica, sino que también ha dado lugar a una amplia investigación en campos relacionados. Exploremos juntos este apasionante viaje histórico.
Antecedentes históricosEn 1981, el Dr. Yamabe de la Universidad de Kioto colaboró con el Dr. Yata de Kanebo Corporation para crear un material llamado PAS, una tecnología que sentó las bases para el nacimiento de los condensadores de iones de litio.
A principios de la década de 1980, Kanebo presentó varias patentes y comenzó a centrarse en la comercialización de condensadores PAS y condensadores de iones de litio. El primer condensador PAS estuvo disponible comercialmente en 1986, y los condensadores de iones de litio le siguieron en 1991. Con el tiempo, el mundo académico y la industria han comenzado a apreciar el potencial de los condensadores de iones de litio, y los equipos de investigación han trabajado arduamente para mejorar el rendimiento de los electrodos y electrolitos y extender su ciclo de vida. En 2010, Naoi et al. desarrollaron con éxito un material compuesto de óxido de litio y titanio (LTO) nanoestructurado y nanofibras de carbono, llevando la tecnología a un nuevo nivel.
Concepto de condensadores de iones de litio
Los condensadores de iones de litio son dispositivos híbridos de almacenamiento de energía electroquímica que combinan el mecanismo de intercalación de los electrodos negativos de la batería de iones de litio con el mecanismo de doble capa de los condensadores eléctricos de doble capa. Como resultado de esta estructura, la densidad de energía de los condensadores de iones de litio alcanza aproximadamente 20 W⋅h/kg, lo que es cuatro a cinco veces mayor que la de los condensadores eléctricos convencionales de doble capa. A pesar de su alta densidad energética, los condensadores de iones de litio tienen una densidad de potencia comparable a la de los condensadores eléctricos de doble capa porque pueden descargarse en tan solo unos segundos.
Estructura del electrodo
El electrodo negativo de un condensador de iones de litio es un electrodo similar a una batería con alta densidad de energía que puede almacenar grandes cantidades de energía eléctrica a través de la reacción de intercalación reversible de iones de litio. Sin embargo, la degradación del electrodo se convierte en una consideración de diseño importante. Con el avance de la tecnología, se han propuesto cada vez más materiales de electrodos nuevos, entre los cuales el óxido de litio y titanio (LTO) ha atraído una atención generalizada debido a su excelente rendimiento.
Las ventajas del óxido de litio y titanio incluyen una alta eficiencia culómbica, una plataforma de voltaje operativo estable y un cambio de volumen mínimo durante la intercalación de litio.
Electrolito y aislador
Un electrolito cinéticamente sólido es crucial para el rendimiento de los condensadores de iones de litio. Un electrolito ideal debe tener una alta conductividad iónica para facilitar que los iones de litio lleguen a los sitios de los electrodos de manera eficiente. Por lo tanto, generalmente se utilizan soluciones de sal de iones de litio no acuosas para evitar la degradación del rendimiento causada por la reacción del agua con los iones de litio.
Ventajas y características de los condensadores de iones de litioLos condensadores de iones de litio generalmente tienen mayor permitividad y mejor densidad de energía que los condensadores tradicionales, pero su densidad de energía sigue siendo menor que la de las baterías de iones de litio. Los capacitores de iones de litio exhiben un buen desempeño en el rango de temperatura de operación, baja tasa de autodescarga y ciclo de vida, lo que los convierte en una opción ideal en una variedad de aplicaciones.
Comparación con otras tecnologíasLos condensadores de iones de litio superan a las baterías de iones de litio tradicionales en densidad de potencia y seguridad y, por supuesto, también tienen voltajes de salida más altos. En comparación con los condensadores eléctricos de doble capa, los condensadores de iones de litio tienen una mayor densidad de energía, pero son inferiores a estos últimos en cuanto a vida útil. En general, los condensadores de iones de litio son una tecnología independiente que resulta adecuada para muchos escenarios de aplicación específicos.
Desarrollo y aplicaciones futuras
A medida que la tecnología continúa avanzando, aumentan las aplicaciones potenciales de los condensadores de iones de litio. Ya sea en sistemas de generación de energía eólica, sistemas de alimentación ininterrumpida UPS, sistemas de generación de energía fotovoltaica o frenado regenerativo de vehículos pesados, los condensadores de iones de litio han demostrado un rendimiento superior. La tendencia al alza de estas aplicaciones muestra el enorme potencial del mercado.
El desarrollo de los condensadores de iones de litio es el resultado de la intersección de la ciencia de los materiales y la tecnología electroquímica, y cada paso nos ha traído nuevas posibilidades. De cara al futuro, ¿los condensadores de iones de litio podrán satisfacer la creciente demanda energética y el concepto de desarrollo sostenible se ha convertido en un tema sobre el que debemos reflexionar profundamente?
