En primer lugar: sé que una batería completamente descargada está dañada de forma permanente. Yo sé que experimenta cambios químicos irreversibles. Yo sé que podría explotar si intenta cargarlo. Pero eso no es en absoluto relevante para mi pregunta:
¿Es seguro descargar iones de litio a 0 V y cortocircuitarlo permanentemente después?
El punto de esta pregunta es: reciclo muchas baterías viejas (teléfonos inteligentes, computadoras portátiles, ...) y, por supuesto, también tengo que desechar algunas de ellas de vez en cuando. Pero antes de deshacerme de ellos, tengo que almacenarlos ... Y personalmente quiero almacenarlos en el estado más seguro posible.
Almacenarlos "descargados" a ~ 3V con el dispositivo en el que se utilizaron aún conserva mucha energía en la batería. Si lo guardo con ~ 3V y, digamos, accidentalmente le caigo un gran clavo, aún podría explotar.
Al descargarlo a 0V y acortarlo, me siento muy seguro, al menos eso creo. Esto asegura que no queda energía eléctrica en él y, por lo tanto, ninguna corriente de cortocircuito podría hacer que explote. Sin embargo, no sé casi nada sobre los cambios químicos en la celda y lo que realmente podría suceder si la batería descargada a 0V (y en cortocircuito) podría dañarse con un clavo o incluso explotar por sí misma.
Entonces, ¿es seguro descargar una batería de iones de litio a 0 V y acortarla? ¿Es incluso mejor que deshacerse de él con 3V de carga restante (si tiene los conocimientos necesarios para descargarlo correctamente, por supuesto)?
¡Gracias!
Respuestas:
A 3V, a una batería de iones de litio casi no le queda capacidad.
En este gráfico, se descargaron dos baterías de 800 mAh a varias velocidades. A 0.1A prácticamente no quedaba capacidad a 3.0V. Incluso a 1A fueron 99% dados de alta.
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El problema con cero voltios
Es imposible dejar caer una batería ideal a cero voltios. Una batería no puede bajar a cero voltios debido a la química interna. En un uso estándar, no puede dejar caer el voltaje por debajo de 2 voltios, incluso si conectó los terminales juntos. Las baterías variarán entre 3.8 y 2.4 voltios por celda. A medida que cae el voltaje, aumenta la resistencia interna. Cuanto mayor es la resistencia interna, menor es la corriente sobre el cortocircuito. No estoy personalmente seguro de cuál es el voltaje seguro más bajo posible para una celda de iones de litio, pero a medida que el voltaje se acerca a ese límite inferior, la corriente caerá a casi cero. Vea el final de esta publicación para obtener una prueba más detallada de esto.
NOTA: Lo anterior es cierto para una batería perfecta en un mundo perfecto. En realidad, dañará gravemente la batería rápidamente después de acortarla. En este punto, la resistencia interna, la corriente y la diferencia de energía entre las medias celdas dejarán de importar.
(Sé que este gráfico es alcalino, no pude encontrar un diagrama para un ion de litio, te aseguro que se ve igual)
Una batería segura es una batería agotada y una batería agotada y una batería agotada es de aproximadamente 2 voltios.
Si ha bajado el voltaje a cero, puedo decirle que ha hecho más que neutralizar las células, ha alterado fundamentalmente la estructura de la batería. Los iones de litio son sensibles y delicados. No podría adivinar qué está sucediendo exactamente dentro de una batería de 0V, pero puedo demostrarle que nunca puede llegar allí (ver final) y el hecho de que sí indica que su batería ahora está en un estado inseguro.
Me gusta lo que dijo la otra respuesta: a 2 voltios, la energía interna es ~ 0. Esto es cierto, y una buena manera de pensarlo.
¿Qué medidas de seguridad puedo tomar?
En cuanto al almacenamiento, entiendo querer almacenarlos de forma segura. Si tiene inquietudes, hay dos cosas contra las que puede protegerse: humos y fuego.
Para protegerse contra los humos, almacene en un área bien ventilada o en un recipiente sellado. Un bloqueo y bloqueo funciona bien.
Para protegerse contra el fuego, un bloque de ceniza con un trozo de baldosas o un adoquín en la parte superior e inferior funciona bien.
Con respecto a la energía eléctrica, puedo decirle que, a menos que esté hablando de una batería para algo absolutamente masivo, la energía eléctrica en la batería es un peligro relativamente pequeño. Es la naturaleza volátil de los químicos lo que debería ser su mayor preocupación.
En resumen, el cortocircuito de las baterías nunca es una buena idea. Las baterías de iones de litio fueron diseñadas para almacenarse a 2-4 voltios. Úselos como fueron diseñados para ser utilizados.
¿Por qué no puedo bajarlo a cero voltios?
Una batería está compuesta por dos medias celdas. Una media celda contiene el reactivo A disuelto y sólido, el otro reactivo B disuelto y sólido. Una transferencia de electrones del reactivo A al reactivo B hará que A se disuelva y se una con una sal, y que B se separe de una sal y solidificar. Para cualquier reacción química dada, hay una cantidad determinada de energía asociada.
La media celda de hidrógeno tiene un potencial de 0 voltios, una media celda de litio tiene un potencial de -3.04 voltios, una media celda de sodio tiene -2.71 voltios. Mira aquí para más.
La razón por la que vemos que el voltaje disminuye a medida que la batería se descarga es que la disponibilidad de productos químicos en la media celda disminuye, lo que significa que los electrones tendrán más dificultades para llegar desde donde estén en una media celda hasta donde necesitan estar en el Otra media celda. Imaginando que teníamos dos medias celdas cada una del tamaño de una lata de refresco y un átomo de reactivo disuelto A en uno y un átomo de reactivo sólido B en la otra, se puede imaginar que no va a tener una gran cantidad de voltaje , la mayor parte de la energía de la reacción se gastará simplemente llevando los electrones al lugar correcto.
Esta rareza de los reactivos a medida que la batería se descarga significa que los electrones deben hacer más trabajo para pasar de una celda a otra. Esto se manifiesta como un aumento en la resistencia interna y una disminución en la CORRIENTE a expensas de mantener el voltaje nominal. Supongo que podría admitir a regañadientes que después de miles de millones de años de estar conectado, es posible que pueda llegar a cero voltios cuando se ha utilizado cada átomo de A, pero la resistencia interna en ese punto sería trivialmente enorme, la corriente trivialmente pequeña. Es suficiente decir que después de unos pocos minutos u horas, tendría un voltaje nominal de ~ 2 voltios.
Siento la necesidad de aclarar que soy consciente de que esto no se ajusta a los datos empíricos (es decir, que el voltaje puede reducirse a cero conectando las celdas juntas). Entiendo que. La batería deja de comportarse de esta manera porque se ha dañado gravemente.
Todavía no está convencido...
De acuerdo, tienes este esquema para eliminar lentamente el poder. No puedes, o más bien, ya lo has hecho. Una vez que alcanza un cierto límite inferior (cerca de 2 voltios), ya no puede extraer una corriente significativa de la batería. Solo quedan concentraciones de reactivos en ppm y no hay suficientes para producir una corriente significativa. Mida la resistencia de una batería de iones de litio mientras extrae de ella a una corriente constante. Busqué el gráfico en línea, todo lo que encontré fueron baterías alcalinas, pero el gráfico es el mismo para un Li-Ion. A medida que dibuja más y más, la resistencia interna alcanzará una asíntota vertical, creciendo hasta el infinito.
¿Qué sucede realmente después de eso? ¿Qué sucede cuando intenta extraer más energía de una batería de la que realmente puede suministrar? No lo sé. Hay demasiadas variables para predecir con precisión las reacciones, infracciones, etc. que podrían tener lugar. Todo lo que puedo decirle es que hay una cantidad limitada de corriente en una batería, pero esa corriente siempre saldrá a un voltaje constante.
La idea de que la energía siempre llega a un voltaje constante parece preocuparte, por lo que te pido que pienses de esta manera: 2 baterías de 9 voltios tienen MÁS voltaje que la batería de un automóvil. Además, puede conectar 100 baterías de automóvil en paralelo y solo obtener 12 voltios.
Esto se debe a que el voltaje de la celda es una función de la reacción: los dos químicos que están en la celda. Si hiciera una celda de batería de automóvil del tamaño de un ciclo de grano, sería de 2 voltios, porque la reacción es de dos voltios. Si hiciera una batería de automóvil del tamaño de una moneda de diez centavos, sería de 2 voltios porque la reacción es de dos voltios. Porque un electrón dado liberará una cantidad de energía dada a medida que se mueve del punto A al punto B.
Dicho esto, ¿cómo muchos electrones es capaz de empujar a cabo a la vez es una función del tamaño y la función de la capacidad. A medida que la batería se `` agota '', podrá empujar cada vez menos electrones a medida que se quede sin reactivo. En mil millones de años, le quedarán cero reactivos, pero la reacción que no está sucediendo seguirá siendo una reacción de ~ 3 voltios.
Entiendo que este concepto es difícil de entender y que existe una fuerte tendencia a pensar que el voltaje de la batería está relacionado con la magnitud de una batería y con qué tan "lleno" está en términos de un valor porcentual. Sin embargo, no es un reflejo exacto de cómo funcionan las baterías, y que funcionen de otra manera contradice los fundamentos mismos de la electroquímica.
Si en este momento aún no está convencido, debo aconsejarle que tome un curso sobre electroquímica, la página de Wikipedia es muy útil y estoy seguro de que hay un suministro interminable de tutoriales de YouTube sobre el tema.
¡Pero intenté esto y no tuve ningún problema!
Frio. Pero la pregunta no es "¿se puede hacer de manera segura?" Claro, tal vez hay alguna manera de lograr que un ion de litio esté a cero voltios sin emitir humos (que, para el registro, es posible que no pueda detectar hasta que se enferme de ellos). La pregunta no es si es físicamente posible hacer esto sin explosiones, la pregunta es sobre seguridad. Aunque es posible que pueda hacer esto, y aunque puede ser seguro en algunas circunstancias, no es más seguro que simplemente dejarlos a 2 voltios y, diría, hay más riesgos involucrados.
En última instancia, depende de usted, pero puedo pensar en muchas razones por las que no es seguro descargar las baterías de esta manera, y no veo ningún beneficio en hacerlo.
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Casi todas las baterías de iones de litio tienen cobre como colector de corriente anódica. Cuando el cobre se expone a un alto voltaje anódico debido a una alta descarga, el cobre se disuelve en el electrolito provocando un aumento de la resistencia eléctrica interna. Si la descarga es realmente profunda (es decir, deja la batería en cortocircuito durante dos días más o menos), su batería se convertirá en una resistencia eléctrica inútil (vista desde los terminales). Pero, sin embargo, siempre verá algo de recuperación del voltaje de circuito abierto. Una vez que la batería esté profundamente descargada, aplicaría un cortocircuito permanente como condición más segura.
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