Solía pensar que era bueno cargando cosas. Mi teléfono, por ejemplo, casi nunca muere porque lo cargo de forma inalámbrica durante la noche, y luego, si se está agotando por la tarde, lo explito con jugo de un cargador rápido. Pero la capacidad máxima de mi batería recientemente cayó en el rango del 80 por ciento, y sé que solo será cuestión de tiempo antes de que tenga que obtener una batería nueva, o un teléfono nuevo si me siento crédulo.
Las baterías de iones de litio que alimentan nuestros teléfonos, computadoras portátiles e incluso autos son inherentemente imperfectas y destinadas a degradarse con el tiempo. Casi todo lo que hacemos hace que esto suceda más rápido. Ese cargador inalámbrico que uso durante la noche crea un exceso de calor, lo que acelera la degradación de la batería. Ídem por carga rápida.
Eso significa que cargar su teléfono correctamente es prácticamente imposible.
Si bien ciertos consejos y trucos pueden acelerar el proceso y extender la vida de la batería de su teléfono, no hay nada que pueda hacer sobre las limitaciones de las baterías de iones de litio en sus dispositivos. Todos eventualmente dejan de sostener una carga, lo que significa que constantemente necesitan reemplazarse. Las baterías de iones de litio, especialmente las baratas, también pueden explotar sin previo aviso.
Sin embargo, hay una nueva esperanza de un avance en la tecnología de baterías.
Una startup con sede en Boston llamada Pure Lithium anunció recientemente un avance con sus baterías de metal de litio. Mientras que las baterías de iones de litio en su teléfono comienzan a degradarse significativamente después de unos pocos cientos de ciclos de carga y descarga, estas baterías de metal de litio, que usan litio puro en lugar de un compuesto de litio, pueden durar más de 2,000 ciclos sin una degradación significativa de daño, una continua muestra la prueba. Además, las baterías de metal de litio pueden almacenar el doble de energía y pesar la mitad de las baterías de iones de litio convencionales. La cofundadora y directora ejecutiva de Lithium pura, Emilie Bodoin, llama a esta combinación de características «el santo grial del almacenamiento de energía».
«Tenemos que tener un cambio de paso, porque ha habido muchos inventos en el espacio de la batería en los últimos 20 años», me dijo Bodoin. «(Pero) no puede sentirlo en su teléfono o en su dispositivo».
Dicho esto, actualmente no puede comprar un iPhone con una batería de metal de litio. Las baterías de metal de litio, junto con el resto de las tecnologías de la batería que pueden reemplazar el iones de litio, todavía están en desarrollo.
Y así, aunque las baterías de iones de litio son imperfectas, continuarán siendo ubicuas durante décadas. La cadena de suministro necesaria para construir baterías de iones de litio, especialmente las baterías EV, depende altamente de China, pero también puede ampliar de una manera que la tecnología experimental de baterías no puede. La demanda global de baterías de iones de litio alcanzó las 700 horas de gigavatios en 2022 y, en gran parte gracias a los EV, se espera que la demanda crezca un 30 por ciento anual hasta que alcance las 4.300 horas de gigavatios en 2030, según McKinsey. Para poner eso en contexto, 4,300 kilovatios horas es suficiente para alimentar más de 400,000 hogares durante un año o aproximadamente equivalente a la producción anual de la presa Hoover.
Las baterías de iones de litio son clave para la transición de energía renovable y porque están mejorando incrementalmente. Puede ser malo cargando su teléfono, por ejemplo, y sin embargo, su teléfono no explotará ni dejará de trabajar de inmediato. También puede conducir un EV aproximadamente 300 millas antes de necesitar cargarlo. Sin embargo, la capacidad de meter aún más energía en nuestras baterías sería revolucionaria.
«Si tuviéramos otra generación de tecnología de batería que le dio otras tres a cinco, idealmente 10 veces más densidad de energía», dijo Stuart Lipoff, un compañero IEEE. «Podría habilitar una nueva generación de dispositivos».
Este tipo de revolución tecnológica no solo podría significar que la batería de su teléfono dura días. Podría conducir a un dispositivo que reemplaza completamente su teléfono, como gafas de realidad aumentada ultra ligera que nunca necesitan cargar. Y las nuevas baterías revolucionarias no solo nos darán baterías EV más duraderas. Podríamos tener aviones, trenes y barcos de contenedores con batería.
Mientras tanto, sin embargo, todos estamos atrapados con baterías de iones de litio y sus muchas fallas, pero hay formas en que podemos manejarlas.
La tecnología de batería de iones de litio se remonta a 1972, cuando M. Stanley Whittingham la desarrolló por primera vez en Exxon, de todos los lugares. Exxon predijo que la producción de petróleo eventualmente disminuiría, y sus investigadores buscaban fuentes de energía alternativas. La compañía incluso mostró el diseño de Whittingham en el Auto Show de Chicago de 1977, décadas antes de que las baterías de iones de litio ayudaran a hacer que los EV se convirtieran en la corriente principal.
Estas baterías cambiaron a la industria de la tecnología del consumidor, apareciendo por primera vez en un modelo de Handycam de Sony, antes de encontrar su camino de regreso a los EV. Los tres científicos, Whittingham, Akira Yoshino y John Goodenough, compartieron el Premio Nobel de Química 2019 por sus contribuciones para desarrollar tecnología de iones de litio.
Cómo funcionan las baterías de iones de litio
Las baterías están formadas por tres ingredientes esenciales: un ánodo, un cátodo y un electrolito. (Normalmente verá el ánodo etiquetado con un signo A + y el cátodo A – signo).
Cuando la batería está en uso, una serie de reacciones químicas empujan electrones desde el ánodo, a través del electrolito y hacia el cátodo. Cuando la energía química entre los dos polos alcanza un equilibrio, la reacción se detiene y la batería está muerta, hasta que la recarga. Agregar una corriente eléctrica invierte la reacción, enviando electrones nuevamente al ánodo y la batería se carga una vez más.
Las baterías de iones de litio usan grafito como ánodo y un compuesto de litio como cátodo, generalmente óxido de cobalto de litio. (China es el mayor productor mundial de grafito, y la República Democrática del Congo es el producto más grande de Cobalt, que presenta posibles problemas de cadena de suministro para los Estados Unidos).
El material utilizado para el cátodo también determina la densidad de energía de una batería, por lo que el litio obtiene todo el crédito. Hay otros químicos de batería, pero el litio es ampliamente considerado como el mejor material para un cátodo, en parte debido a su alta densidad de energía.
Fue después de que Yoshino y Goodenough empujaron la tecnología de la batería de iones de litio en la década de 1980 que se comercializó. Sony en realidad ayudó a popularizar el término «ion de litio» cuando lanzó la primera batería comercial de iones de litio recargable en 1991.
«Las baterías de iones de litio son realmente excelentes, pero no son perfectas», dijo Matthew McDowell, codirector del Centro de baterías avanzado de Georgia Tech. «No van a ir a ningún lado pronto».
Los beneficios y los inconvenientes de las baterías de iones de litio fueron claros desde el principio. Podrían empacar una gran cantidad de energía en un paquete pequeño y liviano, lo que los hace excelentes para dispositivos portátiles de consumo, como videocámaras y teléfonos inteligentes, así como a los EV.
Pero si bien técnicamente pueden funcionar durante años, las baterías de iones de litio solo se pueden cargar y descargar tantas veces antes de que los materiales dentro de ellos se degraden hasta el punto de que dejan de funcionar. Esto sigue siendo cierto incluso hoy, por lo que, en cierto punto, pequeños dispositivos como AirPods simplemente tienen que ser tirados porque sus baterías ya no tienen una carga y no pueden ser reemplazadas.
«Las baterías de iones de litio ya no van a mejorar», dijo Bodoin. “Simplemente no pueden. Tienen una densidad de energía teórica que pueden lograr, y no puedes hacer que eso sea más grande. Ese es el problema «.
La belleza de la gestión de la batería
Sin embargo, la duración de la batería está mejorando. El último iPhone dura más que el iPhone del año pasado con una sola carga, pero eso no necesariamente se debe a un avance en la tecnología de batería de iones de litio. El software que administra cómo la batería de un dispositivo cambia y descarga es tan importante como la química de la batería en estos días.
Es por eso que hay tantos consejos y trucos para cargar su teléfono. Hecho correctamente, puede trabajar con las deficiencias de su batería y no solo mantener una carga más larga sino también extender toda la vida útil de la batería.
Para optimizar la duración de la batería y la vida útil, idealmente mantendrá su teléfono entre 20 y 80 por ciento cargado en una habitación que tiene aproximadamente 65 grados en todo momento. Si la batería está demasiado vacía o demasiado llena, demasiado caliente o demasiado fría, se degrada más rápidamente. Y cuando lo carga, no debe exagerar con un adaptador demasiado potente, porque eso puede calentar la batería y, nuevamente, hacer que se degrade. (La potencia de un cargador se mide en vatios, con una potencia más alta correspondiente a una carga más rápida).
Es prácticamente imposible cumplir con todas estas condiciones y vivir una vida normal. Además, la degradación es inevitable con las baterías de iones de litio, por lo que incluso si haces todo bien, finalmente estás peleando una batalla perdida.
Los fabricantes de dispositivos conocen demasiado bien las deficiencias de las baterías de iones de litio, por lo que constantemente están mejorando el software de gestión de baterías. En realidad, no tiene que preocuparse demasiado por que su batería se llene demasiado, porque ese software reducirá la carga, también conocida como «carga de goteo», a medida que la batería se acerca al 100 por ciento. También es difícil drenar por completo la batería, porque el dispositivo se apagará cuando todavía quedan algunos puntos porcentuales. Estas características de gestión de la batería también supuestamente protegen la salud de su batería cuando está utilizando un cargador rápido.
Todo esto se suma a buenas y malas noticias.
La buena noticia es que, a pesar de los muchos mitos que rodean las técnicas de carga adecuadas, su teléfono, la computadora portátil e incluso EV están diseñados para compensar las deficiencias de la tecnología de baterías de iones de litio. Puede ser malo cargando su teléfono en estos días, y su teléfono se cuidará solo. Si realmente le preocupa la salud de su batería, evite cargar rápidamente o cargar toda la noche, y no deje su teléfono fuera de la hornear al sol. Pero en su mayor parte, debe aceptar que la batería de iones de litio de su teléfono simplemente dejará de funcionar después de unos cientos de ciclos.
La mala noticia es que el cambio de paso en la tecnología de la batería que nos traerá aviones con batería es a años de distancia. Para nuevas tecnologías de batería, los avances como el experimento de litio puro que mencioné anteriormente son solo un paso en el largo camino hacia la comercialización. Después de todo, tardó 20 años desde la invención de la primera batería de iones de litio hasta su introducción en la manita. Eso es lo suficientemente largo para que la manejo en sí se vuelva obsoleta para una generación y luego nuevamente de moda con sus hijos obsesionados con la nostalgia.
Para tomar prestada una cita, el iones de litio no son las baterías que merecemos, pero son las baterías que necesitamos en este momento.
