Las pilas y la energía de las baterías se han convertido en una parte fundamental de nuestra vida cotidiana, pero tienen un alto coste, sobre todo humano y medio ambiental. Se utilizan mucho en los teléfonos inteligentes y los ordenadores portátiles, y son también el corazón de los vehículos eléctricos y de muchos otros dispositivos.

Además, ayudan a alimentar las redes eléctricas del mundo, porque las fuentes renovables, como la energía solar y la eólica, aún no pueden proporcionar energía las 24 horas del día.

En la actualidad encontramos dos grandes tipos de baterías, por un lado tenemos las de iones de litio, muy usadas ya en los smartphones, ordenadores portátiles, consolas portátiles, cámaras...gracias a su poco peso y eficiencia. Por otro, encontramos las de ácido-plomo, muy usadas en los vehículos convencionales, pero que poco a poco están dejándose de lado también por las de iones de litio.

Primero de todo destacar que las baterías de iones de litio son una innovación mucho más reciente de lo que pensamos y sólo existen desde hace 25 años, ganando gran popularidad en los últimos tiempos, ya que han demostrado ser valiosas para alimentar aparatos electrónicos más pequeños, como ordenadores portátiles y teléfonos móviles.

Pero, como recordarás por varias noticias de los últimos años, las baterías de iones de litio también han adquirido fama de incendiarse, de ahí que no se hayan usado a gran escala.

Aquí es donde entra esta novedad, el fosfato de hierro y litio (LiFePO4). Este nuevo tipo de solución de litio era intrínsecamente incombustible, aunque permitía una densidad energética ligeramente inferior. 

Aunque las baterías de litio-hierro-fosfato (LiFePO4) no son exactamente nuevas, acaban de ganar terreno en los mercados comerciales globales. A continuación, os dejamos con un reportaje a fondo para que os hagáis una idea de qué estamos hablando y cuáles son sus beneficios.

• ¿Qué es una batería de litio ferrofosfato (LiFePo4)?
• ¿Cuáles son los beneficios de estas baterías?
• ¿Cuáles son las diferencias entre las baterías de iones de litio y las de LiFePO4?
• ¿Por qué está costando tanto introducirlas a gran escala? Elon Musk elige las LiFePO4 para sus Teslas

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¿Qué es una batería de litio ferrofosfato (LiFePo4)?

LiFePO4 son las siglas de la batería de fosfato de hierro y litio, o batería LFP. Nos encontramos ante un tipo de batería de iones de litio que es capaz de cargarse y descargarse a gran velocidad en comparación con otros tipos usados actualmente.

Es una batería recargable compuesta por litio, hierro y fosfato como material catódico; de ahí su nombre, junto con un electrodo de carbono y grafito con soporte metálico como ánodo.

El primer modelo de batería de litio ferrofosfato se fabricó tras el descubrimiento del fosfato como material catódico para su uso en baterías de iones de litio en 1996. Poco a poco, gracias a varias mejoras, ha ido ganando terreno hasta llegar a la actualidad y futuro.

En comparación con otras baterías de litio y baterías de plomo-ácido, las baterías LiFePO4 tienen una vida útil más larga, son extremadamente seguras, no requieren mantenimiento, tienen una mayor eficiencia de carga y una mejor descarga. Puede que no sean la solución de baterías de iones de litio más barata, pero son una inversión inteligente.

¿Cuáles son los beneficios de estas baterías?

Son muchos los beneficios y ventajas que nos ofrecen este tipo de baterías en el día a día. Por un lado, las baterías LiFePO4 son ampliamente conocidas por su fuerte perfil de seguridad, gracias a una química extremadamente estable. 

Las baterías a base de fosfato ofrecen una estabilidad térmica y química superior que proporciona un aumento de la seguridad respecto a las baterías de iones de litio, por ejemplo. 

Aparte de ser incombustibles, también pueden resistir condiciones duras, ya sea un frío glacial, un calor abrasador o un terreno complicado geográficamente. Si concretamos, el rango de establece entre los -20 ºC  y los 75 ºC. El pico de calentamiento puede alcanzar los 350 °C y -500 °C.

Y es que, cuando ocurren eventos peligrosos, como un golpe o un cortocircuito, no explotan ni se incendian, lo que reduce significativamente cualquier posibilidad de daño.

Por otro lado, encontramos un gran rendimiento, un factor importante a la hora de determinar qué tipo de batería utilizar, claramente. Tiene un ciclo de vida en más de 2.000 veces en comparación con las de iones de litio, que se quedan en un máximo de 1.100 ciclos completos de carga.

La vida útil suele ser de cinco a diez años o más, y el tiempo de carga de la batería también se reduce considerablemente, otra gran ventaja sin duda.

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Las baterías LiFePO4 no son tóxicas ni contaminantes y no contienen metales que comprometan el medio ambiente. El material utilizado en los electrodos, cables y carcasas de las baterías LiFePO4 puede recuperarse reciclando estas baterías.

Las baterías de plomo-ácido y níquel-óxido de litio conllevan un riesgo medioambiental importante ya que los productos químicos internos estropean la estructura con el paso del tiempo y acaban provocando fugas.

Las baterías de LiFePO4 suelen tener un precio más elevado, eso es cierto, pero un beneficio mucho mayor a lo largo de la vida del producto, un mantenimiento mínimo y una sustitución poco frecuente,  convirtiéndolas en una inversión que merece la pena y en una solución inteligente a largo plazo.

¿Cuáles son las diferencias entre las baterías de iones de litio y las de LiFePO4?

La principal diferencia que tienen las baterías de litio-hierro-fosfato con respecto a otras baterías de iones de litio es que las LFP son capaces de suministrar una tensión constante y también tienen un ciclo de carga comparativamente mayor.

Tienen una menor densidad energética y una baja tasa de descarga. Una batería de LiFePO4 puede alcanzar la carga máxima en menos de dos horas de carga y, cuando la batería no se utiliza, la tasa de autodescarga es de sólo un 2% al mes.

No se calientan fácilmente y son relativamente más frías que otras baterías. La química de la batería también es bastante segura, por lo que se hace óptima para dispositivos del hogar, por ejemplo. Son un 50% más ligeras que otras baterías de litio y aproximadamente un 70% más ligeras que las de plomo.

Debido a su tensión constante y a su descarga segura, las LFP han encontrado aplicaciones en coches, bicicletas y placas solares. Destacar que, gracias a una reciente mejora del material original del cátodo de fosfato de hierro y litio realizada por el MIT, ha permitido cargar estas baterías hasta 100 veces más rápido que la velocidad anterior.

¿Por qué está costando tanto introducirlas a gran escala? Elon Musk elige las LiFePO4 para sus Teslas

El fabricante californiano apuesta fuerte por las baterías LFP como el futuro de las baterías de una buena parte de sus coches eléctricos: el 50 % de los que ha fabricado en los últimos meses ya las implementan.

Este considera que debe diversificar su oferta de baterías en función de las necesidades de cada modelo determinado. 

Sin embargo, si su adopción aun no ha sido a gran escala es debido a la inferior densidad energética conforme al resto de baterías. Hablamos de entre un 15 % y un 25 % menos, aunque es cierto que esto está ya cambiando gracias al uso de electrodos más gruesos como los utilizados en el Model 3 fabricado en Shanghai.

Desde luego, esto refleja una tendencia más amplia y real de las baterías LFP que se están haciendo cada vez más populares en los vehículos eléctricos de próxima generación (EVs).

Otro obstáculo para la adopción masiva es que una serie de patentes de LFP han permitido a China dominar el mercado. A medida que estas expiren, se podrá abrir la veda a que los grandes fabricantes como Tesla y otros aprovechen esta tecnología y sustituyan las otras fórmulas.

La LFP y su progresiva reducción de costes de las baterías pueden ser claves para acelerar la adopción masiva de los vehículos eléctricos. Se espera que los precios de las baterías de iones de litio se acerquen a los 100 dólares/kWh en 2023.

Con todo esto sobre la mesa, las baterías LiFePO4 son un paso en la dirección correcta, y deberíamos adoptar esta tecnología siempre que sea posible.