PorJake Morrison, escritor de hardware|Sara Chen|Mike Patterson
Publicado:8 de febrero de 2025
Casi todo lo que es recargable hoy en día funciona con baterías de iones de litio. Tu teléfono, obviamente. Computadora portátil. Esos auriculares inalámbricos que probablemente estés usando ahora mismo. La tecnología despegó en 1991, cuando Sony comercializó las primeras celdas de iones de litio para videocámaras, y desde entonces ha estado consumiendo todas las categorías de productos.
La gente pregunta "¿qué tienen las baterías de iones de litio?", esperando una lista simple, pero la verdadera respuesta es: ve a mirar alrededor de tu casa. Cuente los dispositivos recargables. Esa es tu respuesta.
Estas baterías almacenan energía moviendo iones de litio de un lado a otro entre dos electrodos-ánodo a cátodo cuando se descargan y en dirección inversa cuando las enchufas. La química parece complicada, pero el resultado práctico es sencillo: más energía en menos espacio de lo que los tipos de baterías más antiguos podrían jamás administrar.
¿Por qué ganó el ion litio?
Tres razones. La densidad de energía supera a todo lo demás. Una celda de iones de litio contiene 150-250 vatios-hora por kilogramo. Compare eso con el níquel-cadmio a quizás 40-60 Wh/kg. Ni siquiera cerca.
En segundo lugar, sin efecto memoria. ¿Recuerda los viejos teléfonos inalámbricos en los que había que agotar completamente la batería o "olvidaba" su capacidad total? Los iones de litio no hacen eso. Cárgalo cuando quieras. En tercer lugar, la baja auto-descarga-mantienen su carga en un estante, perdiendo quizás entre un 2 y un 3 % por mes, frente al 20 % de las baterías de NiMH.
El costo también bajó. En los años 90, estas baterías eran lo suficientemente caras como para que solo las utilizaran productos electrónicos de primera calidad. Ahora son lo suficientemente baratos para los cargadores USB de las tiendas de un dólar. Bueno, baratosuficiente-aún son más caros que los alcalinos, pero la capacidad de recarga se amortiza rápidamente.
Electrónica de consumo (lo obvio)
Los teléfonos inteligentes lideran el grupo. El iPhone 15 Pro tiene una batería de 3.274 mAh. El Samsung Galaxy S24 Ultra se hace más grande con 5.000 mAh. Todos los teléfonos, desde los modelos prepagos de 50 dólares hasta los emblemáticos de 1500 dólares, utilizan iones de litio,-generalmente una química de óxido de cobalto y litio (LCO), porque maximiza la capacidad en espacios reducidos.
Las computadoras portátiles funcionan con baterías más grandes, normalmente de 50 a 80 Wh para las ultrabooks y hasta 100 Wh para las estaciones de trabajo. En realidad, 100 Wh es el límite legal para llevar baterías en aviones sin una aprobación especial, razón por la cual los fabricantes de portátiles apuntan a ese número. La FAA estableció esa regla después de algunos incendios de baterías de litio en aviones en la década de 2000.
Las tabletas se sitúan en el punto medio-El iPad Pro tiene unos 40 Wh. Kindle Paperwhite? Pequeña batería de 6 Wh que dura semanas porque la tinta electrónica muestra energía a sorbos.
Luego están todas las demás cosas. Ratones y teclados inalámbricos (normalmente pilas de iones de litio de tamaño AAA-). Altavoces Bluetooth-JBL, Ultimate Ears, Bose, todos de iones de litio. Controladores de juegos. Relojes inteligentes. Rastreadores de actividad física. Cámaras de seguridad inalámbricas. Timbres con vídeo. Cepillos de dientes eléctricos. La serie Oral-B iO utiliza una batería de litio que dura dos semanas entre cargas.
Los AirPods Pro tienen 1,98 Wh de capacidad de batería combinada entre los auriculares y el estuche. Lo cual no parece mucho hasta que te das cuenta de que están potenciando la cancelación activa de ruido, el procesamiento de audio espacial y la conectividad inalámbrica durante horas.
Transporte-Donde las cosas se hacen grandes
Los vehículos eléctricos cambiaron la balanza por completo. El Tesla Model 3 Long Range incluye una batería de 75 kWh-es decir, 75 000 vatios-hora, o aproximadamente 1500 baterías de teléfonos inteligentes de energía. La batería por sí sola pesa alrededor de 1000 libras.
La mayoría de los vehículos eléctricos utilizan componentes químicos de níquel, manganeso y cobalto (NMC) o fosfato de hierro y litio (LFP) en lugar de las células pesadas de cobalto- de los teléfonos. NMC ofrece buena densidad de energía con mejor estabilidad térmica. LFP es más seguro y dura más-BYD y Tesla utilizan ahora LFP para modelos de gama estándar. La compensación-es una menor densidad de energía, por lo que necesita más celdas para el mismo rango.
La Ford F-150 Lightning tiene hasta 131 kWh disponibles. Rivian R1T llega a 135 kWh en la configuración Max Pack. Lucid Air Dream Range afirma 112 kWh y tiene más de 500 millas de alcance de la EPA porque sus motores y componentes electrónicos son increíblemente eficientes.
Las bicicletas eléctricas están en auge. Las bicicletas Rad Power suelen utilizar paquetes de 48 V 14 Ah (672 Wh). Las bicicletas eléctricas-e-de gama alta de Specialized o Trek funcionan con baterías de 500-700 Wh. Los scooters electrónicos son más pequeños: el Xiaomi M365 utiliza 280 Wh, mientras que los scooters de alquiler Bird y Lime tienen capacidades similares.
Las motocicletas eléctricas siguen siendo un nicho de mercado, pero están creciendo. Zero Motorcycles SR/F tiene una batería de 14,4 kWh. Energica Ego+ impulsa 21,5 kWh. Todavía no es suficiente para viajes largos por carretera, pero sí para llegar allí.
También vienen barcos. El barco eléctrico X Shore Eelex 8000 funciona con una batería de 125 kWh. El hidroala Candela C-8 utiliza 44 kWh y "vuela" sobre el agua para reducir la resistencia. El barco de wakeboard eléctrico Arc Sport costaba 300.000 dólares la última vez que revisé.
Las herramientas eléctricas se volvieron inalámbricas
Esta transformación ocurrió rápidamente. Hace veinte años, los contratistas serios se reían de las herramientas inalámbricas. ¿Hoy? Milwaukee, DeWalt, Makita, Bosch-todos se han pasado al litio.
El sistema FlexVolt de DeWalt funciona con 20 V o 60 V según la herramienta. La plataforma M18 de Milwaukee tiene más de 200 herramientas que comparten el mismo sistema de batería. Sus baterías de alto rendimiento alcanzan una capacidad de 12 Ah-suficiente para ejecutar una sierra circular en docenas de cortes.
Siguieron los equipos eléctricos exteriores. Ego Power Plus fabrica un cortacésped de batería con un paquete de 56 V 7,5 Ah (420 Wh). Sus podadoras de hilo, sopladores de hojas e incluso quitanieves funcionan con la misma plataforma de batería. Ryobi tiene un sistema de 40V. Greenworks ofrece opciones de 60 V y 80 V para equipos más grandes.
Los robots aspiradores y cortacéspedes funcionan con baterías más pequeñas, ya que se recargan automáticamente. Roomba j7+ tiene unos 60 Wh. Husqvarna Automower utiliza iones de litio de 18 V; la capacidad varía según el modelo.
El equipamiento profesional sigue creciendo. Milwaukee fabrica una batería de mochila que ofrece 300 Wh para utilizar varias herramientas en los lugares de trabajo. Stihl ofrece motosierras a batería lo suficientemente potentes para trabajos comerciales en árboles.
Dispositivos médicos (donde la confiabilidad es más importante)
Los concentradores de oxígeno portátiles son fundamentales para las personas con afecciones respiratorias. Inogen One G5 utiliza una batería de iones de litio que proporciona de 3 a 6 horas de funcionamiento según la configuración del flujo. Phillips Respironics Simply Go Mini tiene como objetivo aproximadamente 4,5 horas.
Las máquinas CPAP para la apnea del sueño ofrecen cada vez más opciones de batería. El CPAP de viaje ResMed AirMini puede funcionar con baterías de litio externas. Útil para acampar o cortes de energía.
Los audífonos cambiaron recientemente al litio recargable. Phonak Audeo Paradise se carga durante la noche y funciona 16+ horas. Rendimiento similar de Starkey Evolv AI. Mucho mejor que andar a tientas con esas diminutas pilas de botón de zinc-aire cada pocos días.
Equipos de monitorización médica-monitores de presión arterial, monitores de glucosa y dispositivos de ECG portátiles-muchos ahora recargables. AliveCor KardiaMobile registra ECG en un teléfono y funciona con una pequeña celda de litio que dura meses.
Bombas de infusión, herramientas quirúrgicas, equipos de diagnóstico utilizados en hospitales-muchas baterías de respaldo de iones de litio u opciones de energía portátiles. Las herramientas eléctricas quirúrgicas Stryker System 8 utilizan baterías de iones de litio, selladas de forma estéril para uso en quirófano.
Los dispositivos implantables son una categoría completamente diferente. Algunos marcapasos más nuevos utilizan baterías recargables de iones de litio cargadas transcutáneamente (a través de la piel) mediante inducción. Medtronic tiene modelos en los que la batería se recarga de forma inalámbrica una vez por semana en lugar de necesitar un reemplazo quirúrgico cada 7 a 10 años.
Almacenamiento de energía (desde hogares hasta escala de red)
Tesla Powerwall 2 almacena 13,5 kWh y su instalación cuesta unos 11.000 dólares. Powerwall 3 salió recientemente con una mejor integración. Generac PWRcell ofrece sistemas modulares de 9 a 18 kWh. LG Chem RESU va de 10 a 16 kWh según configuración.
Estas baterías domésticas se combinan con paneles solares-almacenan el exceso de generación durante el día y lo utilizan durante la noche. También proporcione respaldo durante las interrupciones si se configura correctamente. No todos los sistemas funcionan durante los apagones; Depende de la configuración del inversor.
California exige energía solar en las casas nuevas, por lo que la adopción de baterías se está acelerando allí. Hawái tiene altos costos de electricidad y mucho sol, lo que hace que la economía de almacenamiento y energía solar funcione bien. Texas tuvo esa falla en la red en 2021 que generó interés en las baterías domésticas.
Las instalaciones comerciales son mucho más grandes. Una tienda de comestibles podría instalar 50-100 kWh de baterías para gestionar la carga según la demanda. Los centros de datos utilizan salas de baterías a escala de megavatios como energía de respaldo, reemplazando o complementando los generadores diésel.
La escala de servicios públicos es salvaje. La instalación de almacenamiento de energía de Moss Landing en California tiene 3000 MWh de capacidad-es decir, 3 millones de kilovatios-hora, o suficiente para alimentar aproximadamente 225 000 hogares durante varias horas. Utiliza unidades Tesla Megapack, cada una de las cuales es una batería de 3 MWh del tamaño de un contenedor de envío.
La reserva de energía Hornsdale de Australia fue una de las primeras baterías de gran red, construida por Tesla en 2017 con 150 MWh. Se ha ampliado desde entonces. Estos sistemas estabilizan la frecuencia de la red, almacenan energía renovable y reducen la necesidad de plantas de gas natural en horas pico.
Aplicaciones especializadas en todas partes
Los sistemas UPS (sistema de alimentación ininterrumpida) tradicionalmente utilizaban baterías de plomo-ácido. Pesado, necesario reemplazo cada 3-5 años, contenía materiales tóxicos. Los sistemas UPS de iones de litio de APC, Eaton y Vertiv duran más, ocupan menos espacio y pesan menos. A los centros de datos les gusta especialmente este: reducir el peso significa menos carga estructural en los edificios.
Drones y cuadricópteros-DJI domina este mercado. Sus drones funcionan con baterías de polímero de litio (LiPo), que técnicamente son una variante de iones de litio con electrolito de polímero. DJI Mini 3 Pro utiliza una batería de 2453 mAh durante aproximadamente 34 minutos de vuelo. Los drones más grandes como el Inspire 2 llevan baterías duales por un total de 98 Wh.
Drones profesionales para topografía, inspección y entrega-todos funcionan con baterías de litio. Los drones de entrega médica Zipline en África utilizan iones de litio. Los prototipos de drones de reparto de Amazon los utilizan.
Las aplicaciones aeroespaciales se expanden. Se acercan los aviones eléctricos. Pipistrel Velis Electro dispone de baterías de litio-primer avión totalmente eléctrico certificado para entrenamiento de vuelo en Europa. Beta Technologies y Joby Aviation desarrollan taxis aéreos eléctricos propulsados por grandes paquetes de baterías de litio.
Los satélites y las naves espaciales utilizan baterías de iones de litio especializadas construidas para sobrevivir al vacío, la radiación y las temperaturas extremas. La Estación Espacial Internacional tiene baterías de iones de litio que reemplazan las antiguas celdas de níquel-hidrógeno. Cada módulo de batería pesa 400+ libras.
Equipo militar-gafas de visión nocturna, radios tácticas, unidades de GPS, todos con baterías de litio ahora. Una mejor densidad de energía es importante cuando los soldados llevan equipo durante días. La radio AN/PRC-163 utiliza baterías recargables de iones de litio.
Cámaras y equipos fotográficos-cámaras sin espejo de Sony, Canon y Nikon, todas de iones de litio. Sony A7 IV utiliza baterías NP-FZ100 de 16,4 Wh cada una. Iluminación profesional-Las luces LED Aputure 300d funcionan con baterías de litio con montura V-(tamaño estándar de 98 Wh). Micrófonos inalámbricos, monitores de vídeo, todo lo portátil en producción cinematográfica/fotográfica.
Baterías conectadas y gestión
Los productos más nuevos-que funcionan con baterías suelen tener conectividad Bluetooth o Wi-Fi. Puede verificar el estado de la batería en su teléfono. Las herramientas eléctricas Ego muestran el nivel de carga en una aplicación. Herramientas Ryobi también. Tesla te permite controlar la batería de tu coche y cargarla de forma remota.
Los sistemas inteligentes de gestión de baterías (BMS) hacen mucho trabajo. Equilibran el voltaje de las celdas-en un paquete de varias-celdas, las celdas individuales se separan con el tiempo y el BMS las nivela. Controlan la temperatura, evitan la sobrecarga y la sobredescarga y comunican el estado al dispositivo.
Algunas funciones conectadas parecen efectistas, pero el monitoreo remoto de equipos costosos tiene sentido. Los equipos de construcción pueden rastrear qué baterías necesitan cargarse. Los propietarios de almacenamiento de energía en el hogar pueden monitorear la producción solar y el estado de la batería mientras viajan.
Sin embargo, existen preocupaciones de seguridad. El firmware de la batería a veces necesita actualizaciones. Si esa ruta de comunicación no está asegurada adecuadamente, es una vulnerabilidad potencial. No mucha gente piratea las baterías, pero en teoría es posible.
Patrones de uso en el mundo-real
La gente se encuentra constantemente con baterías de litio sin pensar en ello. Cepillo de dientes eléctrico en el baño. Aspirador inalámbrico (Dyson V15 tiene 70 Wh). Linterna recargable. Batería externa en tu bolso-Anker fabrica modelos desde 10 000 mAh (37 Wh) hasta 25 000 mAh (90 Wh).
Los juguetes infantiles cada vez más recargables. Coches con control remoto,-juguetes con luces y dispositivos electrónicos de aprendizaje. Es mejor que comprar pilas alcalinas constantemente.
Dispositivos domésticos inteligentes-El timbre con vídeo Ring tiene una batería de litio extraíble. Las cámaras de seguridad Arlo utilizan baterías recargables que duran meses. Los termostatos Google Nest tienen baterías de litio de respaldo. Las cerraduras inteligentes de agosto funcionan con AA de litio.
Las luces navideñas también serán recargables. Guirnaldas de luces con-baterías integradas y paneles solares. Velas LED recargables. Artículos decorativos.
Los casos de uso profesional varían ampliamente. Los trabajadores de la construcción intercambian baterías Milwaukee o DeWalt todo el día. Los montacargas de almacén cargan baterías de iones de litio durante los descansos.-La carga de oportunidad de 15 minutos supera las horas de espera para que se carguen las baterías de plomo-ácido.
La adopción de equipos agrícolas es más lenta pero está sucediendo. John Deere probando tractores eléctricos. Los robots agrícolas autónomos suelen ser eléctricos. Sistemas de riego con respaldo de batería.
La industria de la limpieza adoptó el litio. Empresas de fregadoras de pisos, extractores de alfombras y lavadoras a presión comerciales-como Tennant y Karcher ofrecen opciones de litio. Carga más rápida, peso más ligero, sin necesidad de mantenimiento de agua de la batería como los viejos sistemas de plomo-ácido.
Lo que realmente sale mal
Las baterías se degradan. La química no dura para siempre. La batería de iones de litio típica conserva el 80 % de su capacidad después de 500 a 1000 ciclos de carga, según la química y los patrones de uso. Tesla garantiza sus baterías para vehículos eléctricos con una retención del 70 % a los 8 años/100 000-150 000 millas, según el modelo.
La temperatura mata las baterías más rápido que cualquier otra cosa. El calor especialmente malo-almacenar o usar baterías a más de 30 grados (86 grados F) acelera regularmente la degradación. El frío reduce la capacidad temporal pero no causa daños permanentes como lo hace el calor. Esta es la razón por la que las baterías de los vehículos eléctricos Phoenix se degradan más rápido que las baterías de Seattle.
El envejecimiento del calendario también es real. Las baterías se degradan incluso si no se utilizan. Guárdelos con una carga del 40 al 50 % en temperaturas frías para prolongar su vida útil. Mantener una batería al 100% de carga y a 40 grados durante períodos prolongados es el peor de los casos.
Los incidentes de seguridad ocurren raramente, pero cuando ocurren son noticia. Los defectos de fabricación provocaron incendios en el Samsung Galaxy Note 7 en 2016: retiraron del mercado 2,5 millones de teléfonos. Los hoverboards se incendiaron con tanta frecuencia en 2015-2016 que las aerolíneas los prohibieron. Por lo general, esto se debe a problemas de control de calidad de fabricación, daños físicos o carga con cargadores incorrectos.
La fuga térmica-cuando una celda se sobrecalienta y el calor desencadena más reacciones que generan más calor-es el principal modo de falla. Las baterías correctamente diseñadas tienen múltiples características de seguridad: circuitos limitadores de corriente, fusibles térmicos, respiraderos de alivio de presión, capas de cierre del separador. Las baterías baratas se saltan estas protecciones.
La compatibilidad frustra a los usuarios. Cada marca de herramientas utiliza diferentes factores de forma de batería. Las baterías DeWalt no son compatibles con las herramientas Milwaukee. Ryobi ha sido inteligente al mantener su plataforma One+ compatible durante años-las herramientas de 2005 funcionan con baterías de 2025. Pero la mayoría de los fabricantes quieren que ese proveedor se bloquee-.
La infraestructura de reciclaje sigue desarrollándose. Li-Cycle, Redwood Materials y otros construyen plantas dedicadas al reciclaje de baterías de litio. Pueden recuperar más del 95% de los materiales de la batería. Pero la logística de recolección sigue siendo un desafío.-La gente tira las baterías a la basura, lo que genera problemas en los vertederos.
Los sistemas de gestión de baterías hacen mucho
El BMS es crucial pero invisible. En una computadora portátil, monitorea cada grupo de celdas, estima el tiempo de ejecución restante, controla la velocidad de carga e informa el estado de la batería al sistema operativo. Más sofisticado de lo que parece.
La estimación del-estado-de carga es sorprendentemente difícil. El voltaje de la batería se correlaciona con el nivel de carga, pero la relación varía con la temperatura, la carga y la antigüedad de la batería. Un buen BMS utiliza algoritmos complejos que tienen en cuenta todo esto. Es por eso que los porcentajes de batería del teléfono a veces aumentan o disminuyen inesperadamente-la estimación se recalibra.
El equilibrio de las células es importante en paquetes de varias-células. Las celdas individuales inevitablemente tienen ligeras diferencias de capacidad. Durante la carga, un BMS podría desviar la corriente alrededor de las celdas más llenas para permitir que las más débiles se pongan al día. El equilibrio pasivo disipa la energía en forma de calor. El equilibrio activo transfiere energía entre células, más eficiente pero más caro.
Gestión de la temperatura-el BMS monitorea la temperatura de la celda y puede reducir las tasas de carga/descarga si las cosas se calientan demasiado. Los vehículos eléctricos tienen una gestión térmica sofisticada con refrigeración líquida. Las herramientas eléctricas sólo dependen de cortes térmicos.
Protocolos de comunicación-Los chips BMS se comunican con dispositivos host mediante I2C, SMBus, bus CAN o protocolos propietarios. Esto permite que los dispositivos muestren información precisa sobre la batería y optimicen el rendimiento.
Las aplicaciones industriales integran el monitoreo de baterías en sistemas más amplios. Un almacén podría realizar un seguimiento centralizado de todas las baterías de los montacargas, programando la carga y señalando las baterías que necesitan ser reemplazadas. Mantenimiento predictivo basado en datos BMS.
Lo que viene después en tecnología de baterías
Las baterías-de estado sólido son el santo grial. Reemplace el electrolito líquido con material cerámico o polimérico sólido. Teóricamente más seguro-sin líquido inflamable. Es posible una mayor densidad de energía. Toyota afirma que tendrá baterías de estado sólido-en sus vehículos entre 2027 y 2028. QuantumScape, Solid Power y otros que desarrollan la tecnología. Pero la fabricación a escala sigue sin resolverse.
Baterías-de iones de sodio que utilizan sal en lugar de litio-materias primas más baratas y costos potencialmente más bajos. CATL anunció baterías comerciales de iones de sodio- en 2021. Densidad de energía inferior a la de iones de litio, pero es aceptable para el almacenamiento estacionario. Northvolt construye la producción de iones de sodio-en Europa.
En teoría, el litio-azufre ofrece una densidad energética mucho mayor-hasta 500 Wh/kg frente a los 250 Wh/kg de los iones de litio actuales. Pero la vida útil del ciclo ha sido terrible y generalmente se degrada después de 50 a 100 ciclos. La investigación continúa.
Las baterías de litio-aire (litio-oxígeno) tienen límites teóricos aún más altos-potencialmente 1000 Wh/kg. Pero siguen siendo curiosidades de laboratorio con enormes desafíos prácticos.
Durante los próximos 5-10 años, dominarán los iones de litio convencionales. Siguen apareciendo mejoras incrementales: mejores materiales para los cátodos, ánodos de silicio que reemplazan al grafito (aumentando la capacidad entre un 20 y un 40%), mejoras en los procesos de fabricación que reducen los costos.
Los costos de las baterías cayeron aproximadamente un 90% entre 2010 y 2023, de aproximadamente $1,100/kWh a $130/kWh para las baterías de vehículos eléctricos. Esa tendencia continúa y tal vez alcance los 80-100 dólares/kWh para 2030. A esos precios, los vehículos eléctricos alcanzan la paridad de costos con los vehículos a gasolina sin subsidios.
La reducción del cobalto es un foco importante. La minería de cobalto plantea preocupaciones sobre los derechos humanos y riesgos para la cadena de suministro. Las baterías NMC modernas utilizan menos cobalto que las formulaciones más antiguas (NMC 811 tiene 80 % de níquel, 10 % de manganeso y 10 % de cobalto en comparación con las proporciones anteriores de 1:1:1). Las baterías LFP no contienen cobalto en absoluto.
Actualmente se comercializan ánodos de silicio. Sila Nanotechnologies suministra material de ánodo de silicio a varios fabricantes. Panasonic anunció la producción de baterías de ánodo de silicio. Tesla ya utiliza algo de silicio en sus células. Esto aumenta la capacidad entre un 10 y un 20 % sin cambiar nada más en la batería.
La pregunta "¿qué tienen las baterías de iones de litio?" tendrá una respuesta aún más larga dentro de cinco años. Más categorías de productos se vuelven eléctricos. Más aplicaciones en las que los iones de litio desplazan a las tecnologías más antiguas. La tecnología maduró rápidamente pero aún está mejorando.
Comprender qué dispositivos utilizan baterías de litio es más importante a medida que acumulamos más. La mayoría de los hogares tienen ahora entre 20 y 50 dispositivos recargables. Saber lo que tiene, cómo mantenerlo y cuándo reemplazarlo hace que esas inversiones duren más y funcionen mejor.
