La versión corta es que tiene cuatro grados de libertad: rendimiento, costo, vida útil y seguridad. Puede elegir cualquiera de los dos y los otros dos serán malos, o elegir cualquiera de los tres y el último será realmente malo.
No escribí esto, lo escribí de un tipo mucho más inteligente, Venkat Srinivasan. Enlaces al final. Aquí están sus 3 Leyes de las Baterías más una ley ‘cero’ adicional.
Primera ley En cualquier batería, la energía y el poder jugarán uno contra el otro; aumentar uno conducirá a la pérdida del otro.
(La energía es la cantidad total en la batería, la potencia es lo rápido que puede sacarla de la batería).
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Segunda ley Cualquier batería que se comercialice ampliamente funcionará a un voltaje más alto que su ventana de estabilidad termodinámica.
(Cuanto mayor sea el voltaje, mayor será la energía, pero cada electrolito tiene un límite de voltaje después del cual lo destruirá)
Una batería típica de iones de litio funciona a 3,7 V con un voltaje máximo de alrededor de 4,2 V. Por lo tanto, algo le sucede al electrolito. Ese “algo” es la reacción secundaria. Estas reacciones conducen al desvanecimiento de la capacidad y al aumento de la resistencia en estas células. Resulta que el electrolito se descompone casi continuamente durante la vida útil de la batería. La ventana de estabilidad es ~ 3.2V. Lo que significa que cuando opera la batería por encima de esto, el electrolito se oxida en el electrodo positivo y se reduce en el electrodo negativo. Recuerde que solo queremos oxidar y reducir los materiales “activos” y no queremos hacer nada más. Todas estas reacciones, aparte de las que queremos, se llaman “reacciones secundarias” y son realmente malas para la batería.
Entonces, para resumir, suceden cosas (por ejemplo, capas pasivas y una cinética de reacción pobre) y las cosas no son tan malas como parecen y puede aumentar el voltaje hasta 4.2V sin que realmente sucedan cosas malas. Todos los cargadores para celdas de iones de litio hoy cortan la batería cuando llega a 4.2V. De lo que debe darse cuenta es que a 4.2V, estas reacciones secundarias están presentes en cantidades finitas y comienzan a matar químicamente la batería, pero no es tan dramático.
Operar a 4.1V mejora las cosas y extiende la vida útil, 4.0 V es aún mejor y así sucesivamente. Entonces, ¿por qué los fabricantes de baterías no cortan el voltaje a, digamos, 4 V para obtener una mejor duración de la batería? Porque cada vez que reduce este voltaje, disminuye la capacidad de la batería y su tiempo de funcionamiento. El límite de 4.2V es un compromiso entre un buen tiempo de ejecución y una vida decente (léase “no patética”).
Tercera ley De las cuatro métricas, las baterías se clasifican para una aplicación determinada (es decir, rendimiento, costo, vida útil y seguridad), por lo general, solo se pueden lograr dos simultáneamente. Si la batería está diseñada para funcionar también satisfactoriamente en una tercera métrica, fallará espectacularmente en la cuarta.
La estación espacial y muchas sondas espaciales usan baterías de níquel-hidrógeno, que tienen una gran vida útil y casi no tienen reacciones secundarias.
Ley Zeroth. El rendimiento de cualquier batería será inferior a nuestras expectativas, independientemente de la complejidad del dispositivo que está alimentando.
Las tres leyes de las baterías (y una ley adicional de cero)
Tirar del enchufe. Tu batería te lo agradecerá.