En su funcionamiento químico, las baterías de plomo-ácido no se han modificado desde que Gaston Planté las inventó en 1860 —hace más de un siglo y medio atrás—, sin embargo, en la actualidad, los acumuladores de plomo-ácido se comercializan con ciertas modificaciones en el electrolito o en las placas que les dan características y precios muy disimiles, y no es fácil la tarea de diferenciarlas y apreciar sus cualidades claramente. Como una continuación de la publicación anterior Baterías de Plomo-Ácido: Algunos Fenómenos que las Afectan, aquí mencionamos algunas características de las baterías de plomo-ácido más corrientes.
Los Tipos Más Comunes de Baterías de Plomo-Ácido
1. Baterías con placas de Plomo-Antimonio y Plomo-Calcio
1. Baterías con placas de Plomo-Antimonio y Plomo-Calcio
En estas baterías el plomo es aliado con Antimonio (con la adición de algunos otros elementos como el selenio o estaño en pequeñas cantidades) o con el calcio con el propósito de lograr que el material de las rejillas sea más duro, duradero y fácil de procesar1. Hay fuentes2 que indican que en las baterías con aleaciones de plomo y calcio en las rejillas, comercializadas a veces como “libres de mantenimiento” (SLI), aumenta el voltaje al que comienza a producirse el gaseo3 o gasificación lo que es positivo en algunas aplicaciones, pero se reduce la cohesión del material activo de las placas. De esta manera, disminuye el consumo de agua, pero también se reduce la resistencia al ciclado (la misma fuente menciona que también son vulnerables a descargas profundas y a variaciones de temperatura). En comparación con las baterías de plomo-calcio, las baterías aleadas con Antimonio tienen una mayor tasa de auto-descarga y requieren un voltaje de carga superior, aunque también soportan un mayor numero de ciclos de carga y descarga1.
2. Batería sellada (VRLA) con Electrolito Gelificado (Batería de GEL)
En la actualidad, en una batería de plomo-ácido el electrolito se puede encontrar en forma líquida (inundada o húmeda), absorbido en un material poroso entre las placas o en forma de gel. En las baterías de Gel, como su nombre lo indica, el electrolito está gelificado y su principal ventaja radica en que no necesitan mantenimiento y son más resistentes a descargas profundas.
En general, cuando la batería húmeda está casi completamente cargada comienza un fenómeno llamado gaseo, en el cual se disocia el agua del electrolito en hidrógeno y oxígeno. En las baterías con electrolito absorbido o en las de tipo Gel, tras una reacción química complicada, el oxígeno se recombina con el hidrógeno en el agua y no hay escape de gas (como sí puede ocurrir en las baterías húmedas típicas). Sólo se formará hidrógeno si la tensión de carga es demasiado alta, y, en caso de mantenerse una tensión de carga excesiva, el oxígeno y el hidrógeno escaparán por una válvula de seguridad. Por eso a menudo reciben también el nombre de baterías tipo VRLA (Valve Regulated Lead Acid)1.
En general, cuando la batería húmeda está casi completamente cargada comienza un fenómeno llamado gaseo, en el cual se disocia el agua del electrolito en hidrógeno y oxígeno. En las baterías con electrolito absorbido o en las de tipo Gel, tras una reacción química complicada, el oxígeno se recombina con el hidrógeno en el agua y no hay escape de gas (como sí puede ocurrir en las baterías húmedas típicas). Sólo se formará hidrógeno si la tensión de carga es demasiado alta, y, en caso de mantenerse una tensión de carga excesiva, el oxígeno y el hidrógeno escaparán por una válvula de seguridad. Por eso a menudo reciben también el nombre de baterías tipo VRLA (Valve Regulated Lead Acid)1.
3. Batería sellada (VRLA) con Electrolito Absorbido (AGM)
En las baterías del tipo AGM (abreviación en inglés de Absorbed Glass Mat) el electrolito es absorbido en una estera de fibra de vidrio ubicada entre las placas con el fin de aprovechar los efectos del fenómeno de la capilaridad4. Como resultado, los portadores de carga, iones de hidrógeno e iones de sulfato, se mueven con más facilidad entre las placas que en una batería típica de gel, y, por tanto, es más adecuada para entregar corrientes altas durante cortos períodos de tiempo1.
4. Batería de automóvil de placa-plana (inundada)
5. Batería de semi-tracción de placa-plana (inundada)
Conocida como Optima (Exide ahora tiene un producto similar7), esta batería es una variante de la batería VRLA AGM, con la innovación de que en cada celda hay una placa negativa y una positiva dispuestas en espiral: dos rejillas de plomo separadas por una estera de fibra de vidrio y enrolladas como si fueran una torta8.
Con esta construcción, esta batería consigue mayor rigidez mecánica y una extremadamente baja resistencia interna. Además, puede entregar corrientes de descargas muy altas, acepta corrientes muy altas de recarga sin sobrecalentamiento y es, también, para ser una batería VRLA, muy tolerante con respecto a la tensión de carga.
(1) Reinout Vader. Energy Unlimited. Electricity on Board (And other off-grid applications). Revision 9, November 012. Victron energy.
(2) P. Díaz V., “Confiabilidad de los sistemas fotovoltaicos Autónomos: Aplicación a la electrificación Rural”, Tesis Doctoral, Universidad Politécnica de Madrid, 2003.
Es la batería común que utilizan los automóviles. No resiste descargas profundas frecuentes, ya que tienen placas de gran superficie pero delgadas, diseñadas exclusivamente para corrientes de descarga de corta duración (arranque de motores). Sin embargo, las baterías para el servicio pesado de arranque de camiones a menudo se emplean en barcos pequeños o sistemas fotovoltaicos domésticos con buenos resultados.
Esta batería tiene placas más gruesas y mejores separadores para ayudar a prevenir el pandeo de las rejillas y derramamiento de material activo en condiciones de uso cíclico. Con frecuencia también reciben el nombre de baterías para trabajo pesado.
6. Batería de tracción o ciclo profundo (inundada)
Estas baterías pueden contener placas gruesas planas o tubulares, y se utilizan en aplicaciones donde se descargan hasta un 60-80% cada día. Lo que se conoce generalmente como ciclo pesado, ciclo profundo o descarga profunda.
El fabricante de baterías Trojan Battery Company especifica algunas de las diferencias entre baterías de tracción de placa tubular y plana5. La más obvia es que la batería de placa tubular contiene mayor energía específica que la de placa plana (la energía específica es la relación entre la capacidad de Watts-hora de la batería con respecto a su peso). Pero, por su parte, las de placa plana son más robustas. Además, según Trojan Battery Company, la experiencia ha demostrado que las baterías de placa plana son superiores en sostener su tensión en descargas profundas, como cuando un montacargas debe levantar palets continuamente en el transcurso de una jornada de trabajo normal. Esto se debe a la mayor cantidad de material activo y conductores de corriente más grandes de la placa plana.
6. Batería de tracción o ciclo profundo (inundada)
Estas baterías pueden contener placas gruesas planas o tubulares, y se utilizan en aplicaciones donde se descargan hasta un 60-80% cada día. Lo que se conoce generalmente como ciclo pesado, ciclo profundo o descarga profunda.
El fabricante de baterías Trojan Battery Company especifica algunas de las diferencias entre baterías de tracción de placa tubular y plana5. La más obvia es que la batería de placa tubular contiene mayor energía específica que la de placa plana (la energía específica es la relación entre la capacidad de Watts-hora de la batería con respecto a su peso). Pero, por su parte, las de placa plana son más robustas. Además, según Trojan Battery Company, la experiencia ha demostrado que las baterías de placa plana son superiores en sostener su tensión en descargas profundas, como cuando un montacargas debe levantar palets continuamente en el transcurso de una jornada de trabajo normal. Esto se debe a la mayor cantidad de material activo y conductores de corriente más grandes de la placa plana.
Nota: Una batería de ciclo profundo se debe cargar completamente con cierta frecuencia con un nivel relativamente alto de voltaje. Cuán alto, depende de los detalles químicos y características constructivas, y, también, del tiempo de carga disponible. (Se necesita una tensión de fin de carga alta para reconvertir todo el sulfato en material activo, y para ayudar a prevenir la estratificación3 del electrolito mediante el efecto controlado del gaseo. Para una batería de placa tubular, donde hay que vencer más altura de electrolito, es necesario mayor generación de gas que en una batería de placa plana menor)1.
7. Batería sellada (VRLA) de celda en espiral
7. Batería sellada (VRLA) de celda en espiral
Referencias sin enlaces
(1) Reinout Vader. Energy Unlimited. Electricity on Board (And other off-grid applications). Revision 9, November 012. Victron energy.
(2) P. Díaz V., “Confiabilidad de los sistemas fotovoltaicos Autónomos: Aplicación a la electrificación Rural”, Tesis Doctoral, Universidad Politécnica de Madrid, 2003.