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La ciencia de la tecnología de las baterías de los automóviles

by Margarita Rodenas Berenguer

  • Almacenamiento de energía eléctrica
  • Almacenamiento de energía con plomo-ácido
  • ¿Qué tan superficial es su ciclo?
  • Nuevo paquete, vieja tecnología

El plomo y el ácido son dos cosas que la mayoría de la gente conoce bien para evitarlos. El plomo es un metal pesado que puede causar toda una lista de problemas de salud, y el ácido es, bueno, ácido. La mera mención de la palabra evoca imágenes de líquidos verdes burbujeantes y científicos enloquecidos que se empeñan en dominar el mundo.

Pero, al igual que el chocolate y la mantequilla de cacahuete, el plomo y el ácido no parecen ir juntos, pero lo hacen. Sin plomo y ácido, no tendríamos baterías de coche, y sin baterías de coche, no tendríamos ninguno de los accesorios modernos -o necesidades básicas, como los faros- que requieren un sistema eléctrico para funcionar. Entonces, ¿cómo se unieron estas dos sustancias mortales para formar la sólida base de los sistemas electrónicos de los automóviles? La respuesta, por decirlo de algún modo, es elemental.

La ciencia del almacenamiento de la energía eléctrica

Las baterías eléctricas son simplemente recipientes de almacenamiento que son capaces de mantener una carga eléctrica y luego descargarla en una carga. Algunas baterías son capaces de producir una corriente eléctrica a partir de sus componentes de base tan pronto como se ensamblan. Estas baterías se denominan baterías primarias , y suelen eliminarse una vez que se ha agotado la carga. Las baterías de los coches pertenecen a una categoría diferente de baterías eléctricas que pueden cargarse, descargarse y recargarse una y otra vez. Estas baterías secundarias utilizan una reacción química reversible que difiere de un tipo de batería recargable a otro.

En términos que la mayoría de la gente puede entender fácilmente, las pilas AA o AAA que se compran en la tienda, se meten en el mando a distancia y luego se tiran cuando se mueren son pilas primarias. Están ensambladas, normalmente a partir de celdas de zinc-carbono o de zinc y dióxido de manganeso, y son capaces de suministrar corriente sin estar cargadas. Cuando mueren, las tiras -o las desechas adecuadamente, si lo prefieres-.

Por supuesto, puedes comprar esas mismas pilas AA o AAA en una forma «recargable» que cuesta más. Estas pilas recargables suelen utilizar celdas de níquel-cadmio o níquel-hidruro metálico. A diferencia de las pilas «alcalinas» tradicionales, las pilas de NiCd y NiMH no son capaces de suministrar corriente a una carga tras su montaje. En su lugar, se aplica una corriente eléctrica a las celdas, lo que provoca una reacción química dentro de la pila. A continuación, se coloca la pila en el mando a distancia y, cuando se agota, se coloca en un cargador y la aplicación de una corriente invierte el proceso químico que se produjo durante la descarga.

Las baterías de coche, que utilizan plomo y ácido sulfúrico en lugar de oxihidróxido de níquel y una aleación que absorbe el hidrógeno, son similares a las baterías de NiMH en su funcionamiento. Cuando se aplica una corriente eléctrica a la batería, se produce una reacción química y se almacena una carga eléctrica. Cuando se conecta una carga a la batería, esa reacción se invierte y se proporciona una corriente a la carga.

Almacenamiento de energía con plomo y ácido

Si el uso de plomo y ácido para almacenar una carga eléctrica suena arcaico, lo es. La primera batería de plomo-ácido se inventó en la década de 1850, y la batería de su coche utiliza los mismos principios básicos. Los diseños y materiales han evolucionado a lo largo de los años, pero la misma idea básica está en juego.

Cuando una batería de plomo-ácido se descarga, el electrolito se convierte en una solución muy diluida de ácido sulfúrico, lo que significa que es principalmente H20 con algo de H2SO4 flotando en él. Las placas de plomo, al haber absorbido el ácido sulfúrico, se convierten principalmente en sulfato de plomo. Cuando se aplica una corriente eléctrica a la batería, este proceso se invierte. Las placas de sulfato de plomo se convierten (en su mayoría) de nuevo en plomo, y la solución diluida de ácido sulfúrico se vuelve más concentrada.

Esta no es una forma terriblemente eficiente de almacenar energía eléctrica, en términos de lo pesadas y grandes que son las celdas en comparación con la cantidad de energía que almacenan, pero las baterías de plomo-ácido se siguen utilizando hoy en día por dos razones. La primera es una cuestión de economía: las baterías de plomo-ácido son mucho más baratas de fabricar que cualquier otra opción. La otra razón es que las baterías de plomo-ácido son capaces de proporcionar enormes cantidades de corriente a la vez, lo que las hace especialmente adecuadas para su uso como baterías de arranque.

¿Qué profundidad tiene su ciclo?

Las baterías de coche tradicionales se denominan a veces baterías SLI , donde «SLI» significa arranque, iluminación y encendido. Esta abreviatura ilustra bastante bien los objetivos principales de una batería de coche, ya que el trabajo principal de cualquier batería de coche es hacer funcionar el motor de arranque, las luces y el encendido antes de que el motor esté en marcha. Una vez que el motor está en marcha, el alternador proporciona toda la energía eléctrica necesaria y la batería se recarga.

Este tipo de uso es un tipo de ciclo de trabajo superficial, en el sentido de que proporciona una breve ráfaga de una gran cantidad de corriente, y eso es para lo que están diseñadas específicamente las baterías de los coches. Teniendo esto en cuenta, las baterías de coche modernas contienen placas de plomo muy finas, lo que permite un máximo de exposición al electrolito y proporciona el mayor amperaje posible durante períodos cortos. Este diseño es necesario debido a las enormes necesidades de corriente de los motores de arranque.

En contraste con las baterías de arranque, las baterías de ciclo profundo son otro tipo de batería de plomo-ácido que está diseñada para un ciclo «más profundo». La configuración de las placas es diferente, por lo que no son adecuadas para proporcionar grandes cantidades de corriente a demanda. En cambio, están diseñadas para proporcionar menos energía durante más tiempo. El ciclo es «más profundo» porque es más largo, y no porque la descarga total sea mayor. A diferencia de las baterías de arranque, que se recargan automáticamente después de cada uso, las baterías de ciclo profundo pueden descargarse lentamente -hasta un nivel seguro- antes de volver a recargarse. Al igual que las baterías de arranque, las baterías de plomo-ácido de ciclo profundo no deben descargarse por debajo del nivel recomendado para evitar daños permanentes.

Distinto envase, misma tecnología

Aunque la tecnología básica de las baterías de plomo-ácido sigue siendo más o menos la misma, los avances en materiales y técnicas han dado lugar a una serie de variaciones. Las baterías de ciclo profundo, por supuesto, utilizan una configuración de placas diferente para permitir un ciclo de trabajo más profundo. Otras variaciones llevan las cosas aún más lejos.

El mayor avance en la tecnología de las baterías de plomo-ácido ha sido probablemente el de las baterías de plomo-ácido reguladas por válvula (VRLA). Siguen utilizando plomo y ácido sulfúrico, pero no tienen celdas húmedas «inundadas». En su lugar, utilizan células de gel o una estera de vidrio absorbido (AGM) para el electrolito. El proceso químico es el mismo en un nivel básico, pero estas baterías no están sujetas a la emisión de gases como las baterías de celdas inundadas, ni son vulnerables a las fugas si se inclinan.

Aunque las baterías VRLA tienen una serie de ventajas, su producción es mucho más cara que la de las baterías tradicionales de celdas inundadas. Así que, aunque la tecnología sigue avanzando, lo más probable es que sigas conduciendo con tecnología punta de 1860 bajo el capó durante algún tiempo, a menos que te pases a la electricidad. Pero eso es un asunto totalmente diferente en lo que respecta a las baterías.

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