Li-ion vs. Nicad

Iones de litio (o Ión de litio) Las baterías son de menor tamaño, requieren bajo mantenimiento y son ambientalmente más seguros que Niquel Cadmio (también llamado Nicad, Nicd o Ni-cd) baterías. Si bien tienen similitudes, las baterías de iones de litio y NICA difieren en su composición química, impacto ambiental, aplicaciones y costos.

Cuadro comparativo

Electroquímica

Una batería de níquel-cadmio utiliza cadmio para el ánodo (terminal negativo), oxihidróxido de níquel para el cátodo (terminal positivo) e hidróxido de potasio acuoso como electrolito.

Una batería de iones de litio usa grafito como ánodo, óxido de litio para el cátodo y una sal de litio como electrolito. Los iones de litio se mueven del electrodo negativo al electrodo positivo durante la descarga, y hacia atrás al cargar. Las células electroquímicas de iones de litio usan un compuesto de litio intercalado como material de electrodo en lugar de litio metálico, a diferencia de las baterías primarias de litio desechables.

Impacto medioambiental

Las baterías Nicad contienen entre 6% (baterías industriales) y 18% (baterías de consumo) cadmio, que es un metal pesado tóxico y, por lo tanto, requiere especial cuidado durante la eliminación de la batería. El gobierno federal lo clasifica como desechos peligrosos. En los Estados Unidos, parte del precio de la batería es una tarifa por su disposición adecuada al final de su vida útil.

Los componentes de las baterías de iones de litio son ambientalmente seguros ya que el litio es desechos no peligrosos.

Costo

Una batería de iones de litio cuesta aproximadamente un 40 por ciento más de fabricación debido al circuito de protección adicional para monitorear el voltaje y la corriente.

Operación y rendimiento

El mayor inconveniente de las baterías de níquel-cadmio es que sufren de un "efecto de memoria" si son descargados y recargados al mismo estado de carga varias veces. La batería "recuerda" el punto en su ciclo de carga donde comenzó la recarga y durante el uso posterior, el voltaje cae repentinamente en ese punto, como si la batería hubiera sido descargada. Sin embargo, la capacidad de la batería no se reduce sustancialmente. Algunos electrónicos están especialmente diseñados para resistir este voltaje reducido lo suficiente como para que el voltaje vuelva a la normalidad. Sin embargo, algunos dispositivos no pueden funcionar a través de este período de disminución del voltaje, y la batería parece "muerta" antes de lo normal.

Un efecto similar llamado depresión de voltaje o efecto perezoso de la batería, resultados de sobrecarga repetida. En este caso, la batería parece estar completamente cargada, pero se descarga rápidamente después de solo un breve período de operación. Si se trata bien, una batería de níquel-cadmio puede durar 1,000 ciclos o más antes de que su capacidad caiga por debajo de la mitad de su capacidad original.

Otro problema es la carga inversa, que ocurre debido a un error por parte del usuario, o cuando una batería de varias celdas está completamente descargada. La carga inversa puede reducir la duración de la batería. El subproducto de la carga inversa es el gas de hidrógeno, que puede ser peligroso.

Cuando no se usa regularmente, las dendritas tienden a desarrollarse en las baterías de Nicad. Las dendritas son cristales delgados y conductores que pueden penetrar la membrana del separador entre los electrodos. Esto conduce a cortocircuitos internos y falla prematura.

Las baterías de iones de litio son de bajo mantenimiento. Se pueden recargar antes de ser descargados por completo sin crear un "efecto de memoria" y operar en un rango de temperatura más amplio. En comparación con Ni-CD, la autodescargo en el iones de litio es menos de la mitad, lo que lo hace muy adecuado para las aplicaciones modernas de calibre de combustible. El único inconveniente es la batería de iones de litio es frágil y requiere un circuito de protección para mantener un funcionamiento seguro. El circuito de protección está integrado en cada paquete, lo que limita el voltaje máximo de cada celda durante la carga y evita que el voltaje de la celda caiga demasiado bajo en la descarga. Para evitar la temperatura extrema, la temperatura de la celda también se monitorea.

Tamaños y tipos

Las células Ni-CD están disponibles desde AAA a D, los mismos tamaños que las baterías alcalinas, así como varios tamaños de múltiples células. Además de las células individuales, están disponibles en paquetes de hasta 300 células, comúnmente utilizadas en aplicaciones industriales automotrices y de servicio pesado. Para aplicaciones portátiles, el número de celdas es inferior a 18 celdas. Hay 2 tipos de baterías NICD: selladas y ventiladas.

Las baterías de iones de litio son más pequeñas, más ligeras y proporcionan más energía que las baterías de níquel-cadmio. También están disponibles en una amplia variedad de formas y tamaños en 4 tipos de formatos:

• Pequeño cilíndrico (cuerpo sólido sin terminales, como los utilizados en las baterías de la computadora portátil)
• Gran cilíndrico (cuerpo sólido con terminales roscadas grandes)
• Bolsa (cuerpo suave y plano, como los utilizados en los teléfonos celulares)
• Prismático (caja de plástico semi-hard con grandes terminales roscadas, a menudo utilizadas en los paquetes de tracción de los vehículos)

Las células de la bolsa tienen la mayor densidad de energía debido a la ausencia de caso. Sin embargo, requiere una forma externa de contención para evitar la expansión cuando su nivel de estado de cargo (SOC) es alto.

Aplicaciones

Las baterías de Nicad se pueden ensamblar en paquetes de baterías o usarse individualmente. Las celdas pequeñas y en miniatura se pueden usar en linternas, electrónica portátil, cámaras y juguetes. Pueden suministrar corrientes de alta oleada con una resistencia interna relativamente baja, lo que las convierte en una opción favorable para aviones de modelos eléctricos de control remoto, botes, automóviles, herramientas eléctricas inalámbricas y unidades de flash de cámara de cámara. Las células inundadas más grandes se utilizan para baterías de arranque de aeronaves, vehículos eléctricos y energía en espera.

Con cualidades como las altas densidades de energía, sin efecto de memoria y una pérdida lenta de carga cuando no están en uso, las baterías de iones de litio son la opción más popular para la electrónica de consumo. También están creciendo en popularidad para las aplicaciones militares, de vehículos eléctricos y aeroespaciales.