Cómo calcular la densidad energética de las baterías de iones de litio

La densidad energética es uno de los indicadores clave de rendimiento de unbatería de iones de litioSe refiere a la cantidad de energía que puede almacenarse en la batería por unidad de volumen o masa. La densidad energética se expresa típicamente en vatios-hora por kilogramo (Wh/kg) o vatios-hora por litro (Wh/L). Para calcular la densidad energética de una batería de iones de litio, se deben considerar varios parámetros clave, como la capacidad de la batería, el voltaje de funcionamiento promedio y la masa o volumen de la batería. A continuación, se explica detalladamente cómo calcularla.

Concepto de densidad de energía

La densidad energética se refiere a la cantidad de energía almacenada por unidad de volumen o masa. Es un indicador crucial para evaluar el rendimiento de la batería. En el campo de las baterías, ladensidad de energía de masa(en Wh/kg) es el término más común, que se refiere a la energía que una batería puede liberar por unidad de masa. Cuanto mayor sea la densidad energética, mayor será la energía que la batería puede proporcionar con la misma masa o volumen, lo cual resulta beneficioso para aplicaciones que requieren un alto nivel de almacenamiento de energía.

Fórmula de cálculo

La densidad de energía de una batería de iones de litio se puede calcular utilizando la siguiente fórmula:

Densidad de energía (Wh/kg) = (Capacidad nominal de la batería (Ah)×Voltaje operativo promedio de la batería (V) / Masa de la batería (kg)

Dónde:

• Capacidad nominal de la batería (Ah):La cantidad de carga que la batería puede descargar en condiciones estándar (normalmente a 20 °C y una tasa de descarga de 1 °C). Por ejemplo, si una batería tiene una capacidad nominal de 10 Ah, significa que, en estas condiciones, se agotará tras 10 horas de descarga a una tasa de 1 °C.
• Voltaje operativo promedio de la batería (V):El voltaje promedio de la batería durante la descarga, que generalmente se puede determinar examinando la curva de descarga de la batería.
• Masa de la batería (kg):La masa total de la batería, incluidos los electrodos, el electrolito, el separador, la carcasa y todos los demás componentes.

Pasos de cálculo

Determinar la capacidad nominal de la batería: 

Encuentre la capacidad nominal de la batería, ya sea a partir de su hoja de datos o mediante mediciones experimentales. Por ejemplo, una batería podría tener una capacidad nominal de 2,6 Ah.

Determinar el voltaje de funcionamiento promedio de la batería: 

Utilice la curva de descarga de la batería para calcular el voltaje de funcionamiento promedio. Por ejemplo, el voltaje de funcionamiento promedio podría ser de 3,7 V.

Medir la masa de la batería: 

Pese la masa total de la batería con una báscula precisa. Por ejemplo, la masa total de la batería podría ser de 0,5 kg.

Calcular la densidad de energía:

Inserte los valores en la fórmula:

Densidad de energía =(2,6 Ah×3,7 V)/(0,5 kg)=19,24 Wh/kg

Consideraciones prácticas

Al calcular la densidad de energía en aplicaciones del mundo real, también se deben tener en cuenta los siguientes factores:

Masa de materiales no activos:Los materiales no activos de la batería, como colectores de corriente, aditivos conductores, aglutinantes, separadores, electrolitos y materiales de embalaje, aumentan la masa total de la batería. Estos deben tenerse en cuenta en el cálculo de la densidad energética.

Forma y embalaje de la batería:El diseño y el empaque de la batería pueden afectar la proporción de materiales inactivos, lo que influye en la densidad energética final. Las diferentes formas y tipos de empaque tienen proporciones variables de materiales activos e inactivos.

Ejemplo

Vamos a utilizar un recurso común.18650batería de iones de litioA modo de ejemplo, los parámetros clave son los siguientes:

• Capacidad nominal:2,6 Ah
• Voltaje operativo promedio:3,7 V
• Masa de la batería:0,5 kilos

Usando la fórmula:

Densidad de energía =(2,6 Ah×3,7 V)/(0,5 kg)=19,24 Wh/kg

En este caso, la densidad de energía de la batería de iones de litio 18650 es19,24 Wh/kg.

Conclusión

La densidad energética es una métrica importante para las baterías de iones de litio, especialmente al evaluar su rendimiento en aplicaciones de almacenamiento de energía. Siguiendo los pasos de cálculo descritos anteriormente, se puede estimar la densidad energética de una batería de iones de litio en función de su capacidad nominal, voltaje promedio y masa. Comprender la densidad energética permite a fabricantes y consumidores comparar diferentes opciones de baterías para aplicaciones como vehículos eléctricos, electrónica de consumo y soluciones de almacenamiento de energía renovable.