Las baterías pueden ser divididas por la tecnología utilizada en su fabricación en: plomo/ácido, plomo cristal, plomo carbono, EFB, AGM, Gel y Litio.
Las aplicaciones se pueden dividir en cuatro categorías principales: arranque (normal, auxiliar y start-stop), ciclo profundo, dual y reserva o estacionaria.
Cada categoría utilizará una o más tecnologías en función del destino que se vaya a dar a la batería.
- Batería de plomo/ácido
El principio básico de la batería convencional es una placa de rejilla fundida de una aleación de plomo y antimonio. El antimonio fortalece el plomo blando, mejora la adhesión de la masa activa y protege contra la corrosión.
La carga de antimonio puede producir un gas muy venenoso llamado estibina o hidruro de antimonio (SbH3). Tiene el olor característico a huevos podridos. Los productos de descomposición son el hidrógeno y el antimonio metálico. Este último se deposita sobre la placa negativa. Como resultado, la tensión de gas en la placa negativa se reducirá en 200 mV por lo que la batería producirá más gases y consumirá más agua. Al mismo tiempo, la tasa de autodescarga se incrementará.
Para reducir el consumo de agua y la auto-descarga, el contenido de antimonio de la red se reduce al 1-3%. Estas baterías bajas en antimonio son a veces llamadas sin mantenimiento. Sin embargo, el standard EN50342-1 se refiere a una batería con baja pérdida de agua cuando el consumo de agua es de menos de 4 g / Ah Ce. Por lo tanto, la batería de bajo mantenimiento es el término acertado.
Las características típicas de la batería de bajo antimonio son:
- Robusta: con un mantenimiento adecuado proporciona una larga vida útil.
- Puede ser producida cargada seca: menos peso de transporte, no hay problemas de seguridad y no se produce autodescarga. Cuando la batería es envasada al vacío (batería para motos) se puede almacenar varios años. La vida útil en almacenamiento se limita a 3 meses una vez que la batería está llena.
Los fabricantes comenzaron a sustituir el antimonio por el calcio en las baterías de arranque. El calcio en ambas placas positivas y negativas le ofrece muchas ventajas:
- Bajo consumo de agua (<1 g / Ah Ce), que es tan bajo que la cantidad original de electrolito es suficiente para durar toda la vida de diseño.
- Larga vida útil debido a la extremadamente baja tasa de autodescarga.
- Baja resistencia interna.
- Batería de plomo/cristal
Su uso es idóneo tanto para aplicaciones estacionarias como ciclo produndo.
La batería está compuesta por placas de plomo y un ácido líquido SiO2 como electrolito que sustituye al ácido sulfúrico de la batería de plomo ácido tradicional. Durante las primeras cargas, el electrolito reacciona con las placas de plomo formando con ellas una estructura cristalina y compacta, de ahí su nombre.
Es una batería hermética, no requiere mantenimiento, no hay derrames, por lo que se puede montar en cualquier posición excepto boca abajo.
Permite entre 2000 y 3100 ciclos efectivos.
Otra característica es su ratio de autodescarga extremadamente baja, lo que permite su almacenamiento sin uso hasta 2 años, y aún así estaría al 80% de su capacidad nominal.
Trabajan entre –40º y +65º C manteniendo en ambos extremos el 85% de su capacidad nominal en Ah.
Tampoco es corrosiva, por esto no tiene ninguna limitación a la hora de transportarla ni siquiera por avión.
En comparación a una batería de plomo convencional tiene además las siguientes ventajas:
- Mejores propiedades de carga y descarga gracias a su capacidad de absorber una mayor cantidad de corriente en menos tiempo. Esto reduce los tiempos de carga un 20%.
- Superior capacidad del almacenamiento de energía.
- Posibilidad de descargar el 100% de su capacidad nominal sin dañar la batería. Se puede volver a cargar otra vez hasta el 100% de su capacidad nominal (en solo dos ciclos de carga y descarga).
- Batería de plomo/carbono
Se utilizan para disminuir el impacto del EDCP en las baterías de ciclo profundo en aplicaciones de placas solares y equipos de telecomunicación.
Estas baterías combinan las placas de plomo con carbono avanzado, proporcionando dos ventajas fundamentales de alto rendimiento: baja resistencia interna y mayores tolerancias de temperatura operativa. El resultado es una gran capacidad de energía de salida, rápida recarga y un alto número de ciclos: 2050 ciclos al 50% de profundidad de descarga, muy superiores a los conseguidos con las mejores tecnologías tradicionales de plomo-ácido VRLA AGM, erigiéndose como la mejor opción en relación coste / rendimiento entre las baterías convencionales y las baterías de litio.
El plomo con carbono añadido a los electrodos negativos aumenta la potencia y reduce la sulfatación, lo que prolonga la duración de la batería. Con una vida útil de +12 años (clasificación Eurobat), son almacenables hasta 24 meses sin recarga.
Es la solución confiable e inteligente para las aplicaciones que operan en un estado de carga parcial (EDCP). Las baterías de ciclo profundo en aplicaciones sin acceso a una red de energía eléctrica o una conexión poco confiable, se ciclan en un estado de carga parcial. La operación en carga parcial puede causar que la vida útil de una batería se disminuya significativamente, que puede resultar en remplazos frecuentes y costos.
- Batería de EFB
Sus aplicaciones más frecuentes es como arranque (start-stop) o dual (arranque y servicio).
Las baterías EFB son una versión mejorada de la tecnología de electrolito líquido estándar. Los principales beneficios de la tecnología EFB son la mejora de la aceptación de carga y la mayor durabilidad cíclica cuando funcionan en un estado de carga reducido. Las baterías EFB ofrecen aproximadamente 85.000 arranques del motor, en comparación con los 30.000 arranques de motor de los productos de electrolito líquido estándar.
Se han introducido como una opción de menor nivel a las baterías AGM en términos de rendimiento y durabilidad. La tecnología EFB se basa en las mejoras de la tecnología de electrolito líquido existente, a través de la introducción de aditivos de carbono en el proceso de fabricación de la placa.
- Batería AGM
Tienen aplicación en todo tipo de baterías: arranque, ciclo profundo, dual o estacionaria.
En 1972 investigadores de la American Gates Rubber Company desarrollaron una batería recombinante segura para la Fuerza Aérea de los Estados Unidos, con énfasis en la relación potencia-peso. Esto se logró por medio de placas positivas y negativas de una aleación de calcio, separadas por esteras de fibra de vidrio microporosos, en el que el electrolito es absorbido por acción capilar. La técnica se llama Material Vidrio Absorbente o AGM.
Los separadores de estera de vidrio microporosos consisten en tubos delgados y huecos de longitud desigual. Esta técnica se llama electrolito infraalimentado que tiene un efecto positivo en el ciclo de vida de la batería AGM: en una descarga profunda la pequeña cantidad de electrolito se agotará antes de que se presente un daño permanente.
Los resultados de la evaluación en el laboratorio ofrecen entre 4 y 5 veces la durabilidad cíclica de los productos con electrolito líquido. El incremento en las presiones del paquete de la batería AGM aumenta la resistencia a la vibración de las baterías.
- Batería de GEL
Las aplicaciones más usuales son dual, ciclo profundo y estacionaria.
El desarrollo de una batería que no derrame electrolito cuando se daña o caiga comenzó poco antes de la segunda guerra mundial en Alemania. En 1957 Otto Jache presentaba en nombre de la fábrica de baterías Sonnenschein la patente para un electrolito inmovilizado mediante la adición de pirólisis de sílice , que espesará el electrolito en una sustancia gelificada.
Las baterías de gel se producen con placas planas, o con placas tubulares. Las placas planas tienen separadores microporosos de PVC que proporcionan una buena protección contra la pérdida de material activo, aunque aumentando la resistencia interna. La adición de ácido fosfórico en el electrolito aumenta la capacidad cíclica, pero a expensas de una pérdida inicial de la capacidad de alrededor de 15%, que sólo será restaurado después de aproximadamente 20 ciclos en un año de servicio.
- Batería de Litio
Actualmente las baterías de Litio tienen aplicación en todos los usos posibles: arranque, ciclo profundo y estacionario.
Todas las baterías de Litio tienen en común su estructura interna, formadas por los siguientes elementos:
- Ánodo (electrodo positivo): está fabricado en óxido de litio cobalto (o de litio fosfato, litio magnesio, litio hierro…). El metal se encuentra en forma de lámina y adherido a los otros dos componentes principales presentes también en la lámina.
- Cátodo (electrodo negativo): está fabricado generalmente en carbono poroso.
- Separador: es una lámina que separa el ánodo del cátodo para evitar un cortocirtuito, y por norma general es de plástico aislante.
- Electrolito: es un solvente orgánico en el que se sumergen el ánodo, el cátodo y el separador. Es un líquido altamente inflamable en el que se diluyen sales de litio, y por eso las baterías son tan peligrosas (o, al menos, entrañan ciertos riesgos).
- Conversores y reguladores: precisamente porque las baterías de litio son peligrosas, se suelen integrar sensores para medir la temperatura y las sobrecargas. En definitiva, se incorporan diversos mecanismos de seguridad para evitar problemas.
La mayoría de baterías cuenta con una carcasa metálica con un agujero de ventilación sensible a la presión. Cuando la batería se calienta, aumenta la presión y para evitar que explote se libera la presión extra por dicho agujero (por eso verás que en muchas hay una advertencia que nos dice que nunca debemos tapar ese agujero). Entre los sistemas de seguridad de las baterías de iones de litio, también destacan el PTC (Positive Temperature Coeficient, o coeficiente de temperatura positiva), que es el que se encarga de monitorizar la temperatura de la batería para evitar sobrecalentamiento.
Las baterías de Litio llevan integradas un sistema BMS (Battery Management System) que protege la batería de condiciones de uso inadecuadas. En el improbable caso de que el BMS corte la alimentación, desconecte la batería del motor, espere 30 segundos y vuelva a conectarlo. NO INTENTE MANIPULAR NI ABRIR LA BATERÍA EN NINGUN CASO.
