Fundamentos y Tipos de Baterías: Funcionamiento, Ventajas y Desventajas

Fundamentos de las Baterías

La base del funcionamiento de las baterías es la transformación de la energía química en eléctrica. Este proceso se basa en el intercambio de electrones entre dos reacciones químicas, llamadas oxidación y reducción, que inicialmente están separadas. Al unirlas mediante un circuito eléctrico externo, se produce un paso de electrones (e-) de la oxidación a la reducción. Las baterías pueden ser recargables si se les aplica una corriente externa. La batería más básica es la celda electroquímica o voltaica, también llamada pila.

En el interior de una celda hay un líquido (electrolito), donde están sumergidas dos placas metálicas (electrodos), que tienen carga antes de ser introducidas. Cada celda proporciona entre 1,5 y 2 voltios (V), y se pueden unir en serie para obtener un voltaje mayor. Dependiendo del material de los electrodos y del electrolito, se obtienen diferentes tipos de baterías.

Producción de Electricidad en una Celda

Electrodo → sumergir en electrolito → desprende iones positivos (+) → queda con exceso de electrones (e-).

• Reacción de oxidación: el electrodo pierde iones positivos (+) y se queda con los electrones (e-).
• Reacción de reducción: el electrodo pierde electrones (e-) y se queda con los iones positivos (+).

Tipos de Baterías

Baterías de Ácido-Plomo (Coches, Motos, Barcos)

Características: 2 electrodos de plomo. Carga positiva (+) en el ánodo.

Funcionamiento

Durante la carga, el sulfato de plomo del interior pierde electrones (e-) y se reduce a plomo metal en su polo negativo (-), mientras que en el polo positivo (+) se forma óxido de plomo. En la descarga se invierte el proceso.

Ventajas

• Bajo coste.
• Sencilla fabricación en serie.

Contras

• No se deben someter a sobrecargas ni descargas intensas.
• Contaminan mucho.
• Baja densidad de energía.
• Muy pesadas.
• Se sulfatan.

Baterías de Litio

Características: Mayor rendimiento. Su competencia es la de grafeno. Se utilizan para tabletas, móviles, dispositivos de pequeñas dimensiones, poco peso y mayor rendimiento.

Ion de Litio (Li-ion)

Características: Acumuladores de iones de litio. Usan sal de litio como electrolito y generan una reacción química para obtener corriente.

Ventajas

• Alta densidad energética.
• Pequeñas y ligeras.
• Elevada unidad de carga.
• Mínimo efecto memoria.

Contras

• Vida útil de aproximadamente 3 años o 1000 cargas, tras lo cual baja el rendimiento.
• Materiales inflamables (riesgo de explosión).
• Se estropean a bajas temperaturas.
• Costosa fabricación.

Polímero de Litio (Li-Po)

Características: Variación de la anterior, con mejorada densidad energética y tasa de descarga.

Contras

Si se descargan por debajo de 3V quedan casi inútiles.

Baterías de Níquel

Características: Bajo coste y rendimiento aceptable. Fáciles de fabricar, poco contaminantes, vida útil de hasta 80 años, rendimiento del 65%, adecuadas para almacenamiento procedente de placas solares y eólicos.

Níquel-Hierro (Ni-Fe)

Características: Recargables. Formadas por tubos finos enrollados por láminas de acero niquelado. En su interior contienen hidróxido de níquel (placas) y potasa cáustica en agua destilada (electrolito). No tienen efecto memoria.

Níquel-Cadmio (Ni-Cd)

Características: Recargables. Utilizan ánodo de cadmio y cátodo de hidróxido de níquel (placas) e hidróxido de potasio como electrolito. Baja densidad energética (50 Wh/kg). Amplio rango de temperatura, pero con mucho efecto memoria. No sufren ante sobrecargas.

Níquel-Hidruro Metálico (Ni-MH)

Características: Recargables. Ánodo de hidróxido de níquel y cátodo de aleación de hidruro metálico. Ventajas: Mejora el efecto memoria, usadas para vehículos eléctricos (pioneras). Inconvenientes: No aptas para bajas temperaturas, pierden rendimiento y utilizan un cargador específico.

Soldadura

La soldadura es la acción de unir sólidamente dos cosas. El material de soldadura suele ser una aleación de 60% de estaño y 40% de plomo.

Pasos para Soldar

1. Limpiar y preparar: Eliminar suciedad, pelar cables, doblar, etc. Preparar las superficies a soldar, los componentes y el soldador. Tener accesible un soporte para el soldador con esponja limpiadora. En caso de soldar cables, es conveniente estañarlos previamente.
2. Aplicar la punta del soldador: Aplicar la punta del soldador al punto de unión.
3. Aplicar el hilo de estaño: Aplicar el hilo de estaño entre el terminal del componente y la punta del soldador. El hilo de estaño debe fundirse por el calor recibido a través del terminal, no directamente de la punta del soldador.
4. Retirar el hilo de estaño y el soldador: Retirar el hilo de estaño y, seguidamente, el soldador, manteniendo unidas ambas piezas hasta que la soldadura se enfríe. Verificar el aspecto de la soldadura y, por último, cortar los terminales sobrantes.