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Estrategias para combatir la volatilidad en el mercado de las baterías de iones de litio

El rápido crecimiento de la demanda del mercado y la racionalización de la oferta de productos por parte de los fabricantes de celdas de iones de litio (Li-Ion) tienen consecuencias en la capacidad de elección de los ingenieros de diseño. En este artículo, Tim Parker aborda dicha dinámica y explica cómo los profesionales pueden hacerse camino en este mercado exigente. Todos hemos oído que el aumento de la demanda de baterías de iones de litio es consecuencia de su creciente presencia en dispositivos portátiles y vehículos eléctricos (VE). Desde que las primeras baterías fueran comercializadas por Sony en 1991, su uso creció de manera constante hasta que se estabilizó, pero recientemente Tesla ha provocado otro pico en la demanda (ver Figura 1) con las celdas cilíndricas de tamaño 18650 que incorporan sus actuales vehículos eléctricos y, ahora, con las unidades de tamaño 21700 en su nuevo Model 3, todas ellas fabricadas en colaboración con Panasonic.

El objetivo de Tesla en 2018 era alcanzar una producción de 35 GWh, una cifra que puede quedarse pequeña tras los planes del grupo VW de instalar baterías de 150 GWH desde 2025 en ochenta nuevos modelos eléctricos. Los dispositivos portátiles y otras aplicaciones como movilidad, almacenamiento de red eléctrica y equipos estacionarios no se quedan atrás, con una cuota del mercado de packs Li-Ion estimada en cerca del doble de la de los vehículos eléctricos en 2025, con unos 24.000 millones de dólares[1]. Otros informes son más optimistas e indican que la cifra será mayor: 93.100 millones de dólares en 2025[2]. El actual suministro de material en bruto no cumple las expectativas y, por consiguiente, está previsto un aumento de la extracción de litio en China, Canadá, Australia, Sudamérica y otros lugares. También se requieren otros materiales exóticos: el cobalto se usa como material de cátodo, con China controlando el 80 por ciento del mercado.

Según los datos compilados por el Deutsche Bank Markets Research[3], la demanda global de litio se triplicará en el periodo de 2015 a 2025 y la de cobalto crecerá once veces, mientras que el uso de las baterías se quintuplicará. Los principales fabricantes de celdas de iones de litio tienen que hacer malabarismos a la hora de responder a la demanda de suministro de material y, por ello, estandarizan el tamaño de celda y su construcción para conseguir economías de gran escala. Muchos diseños existentes de tipo “prismática” en cubiertas de acero o aluminio soldados están dejando paso a celdas de tipo “pouch”, a menudo con tecnología de polímero de litio que permite una construcción laminada, que es más ligera y aporta flexibilidad mecánica y un poco más de energía específica. Las celdas pouch puede sufrir “hinchazón” con el paso del tiempo (ciclos de carga / descarga), con un crecimiento de volumen del 10 por ciento al superar los quinientos ciclos. Las celdas cilíndricas 18650 estándares, que miden 18 x 65 mm, y sus variantes serán soportadas a largo plazo, ya que se adecuan a aplicaciones como el módulo de 100 kWhr de Tesla, donde las celdas 8256 se apilan en filas espaciadas con tuberías para refrigeración líquida.

El formato de bobina cilíndrica es bueno para la resiliencia de estrés mecánico, en tanto que los pequeños huecos entre celdas permiten cierta refrigeración por aire. El volumen de las celdas cilíndricas producidas también ha contribuido a reducir su coste considerablemente. Así pues, si un ingeniero de diseño ha decidido incluir una batería Li-ion en su nuevo dispositivo, necesita unos pocos prototipos antes. La prospectiva del volumen de producción es alta, pero encontrar un fabricante que soporte un nuevo diseño a medida se convierte en algo complicado. Una buena solución consiste en elegir componentes estándares del amplio catálogo de AVNET Abacus[4], que incluye celdas cilíndricas de tamaño 18650 de marcas como Dubilier, Panasonic, RRC, Samsung y Varta, disponibles en celdas de 3,7 V de 2250 a 3300 mAh y en packs de hasta 70 celdas de 25,2 V / 29000 mAh. Por otro lado, las baterías prismáticas son soportadas en formatos de una y tres celdas con una familia más extensa de celdas de polímero de litio pouch en diversos tamaños y ratios de 130 a 3000 mAhr. Muchas de las versiones “hard pack” prismáticas cuentan con el respaldo de cargadores relevantes. La gama estándar también incorpora las pilas de botón de iones de litio Coin Power de Varta. La batería Li-ion idónea para la mayoría de las aplicaciones se encuentra disponible a través de AVNET Abacus[4] con una amplia variedad de tipos de construcción, dimensiones y capacidades.

Los soft packs están especialmente indicados en aplicaciones embebidas, mientras que los hard packs resultan ideales en tareas de extracción, recarga y sustitución, con algunos modelos incluyendo funcionalidad SMBUS SMART. Las baterías se encuentran disponibles rápidamente y con bajos MOQ con la intención de acortar el tiempo de llegada al mercado. Y, como se espera de un distribuidor como AVNET Abacus, todos los packs de batería tienen los certificados de envío de productos de iones de litio y polímero. Las baterías de litio cumplen la regulación UN (UN38.3) para el transporte por tierra, mar y aire en todo el mundo. Muchos de los modelos también superan lo establecido en los estándares IEC62133/ CB y UL2054 para mercados locales y Estados Unidos.

Además, la continuidad de suministro de múltiples productos cuenta con el respaldo de una disponibilidad garantizada de 10-15 años. Si desea obtener más información sobre cual estrategia debe elegir par sus diseños, por favor, visite la página de baterías o descargue aquí el folleto de baterías de iones de litio estándares de AVNET Abacus. Si necesita asesoramiento en el proceso de selección de la batería para su aplicación, haga clic en el apartado “Pregunte al Experto” o póngase en contacto con nuestros especialista locales (en su propio idioma).



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