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Batería eléctrica

Varias pilas y baterías: dos   AA , una   D  , una batería deradioafición portátil, dos de 9 voltios (PP3), dos AAA , una C  ,una batería de cámara de video , una batería de teléfono inalám-brico.

Batería de ácido-plomo para automóvil.

Se denomina   batería,   batería eléctrica,   acumulador

eléctrico o simplemente acumulador, al dispositivo queconsiste en una o más celdas electroquímicas que puedenconvertir la energía química almacenada en electricidad.Cada celda consta de un electrodo positivo, o ánodo y unelectrodo negativo, o cátodo y electrolitos que permitenque los iones se muevan entre los electrodos, facilitandoque la corriente fluya fuera de la batería para llevar a cabosu función.

Las baterías vienen en muchas formas y tamaños, desdelas celdas en miniatura que se utilizan en audífonos y re-lojes de pulsera, a los bancos de baterías del tamaño de

las habitaciones que proporcionan energía de reserva a lascentrales telefónicas y ordenadores de centros de datos.

1 Pila, batería y acumulador

Tanto pila como batería son términos provenientes de losprimeros tiempos de la electricidad, en los que se jun-taban varios elementos (discos metálicos o celdas), paraampliar los efectos de la corriente. En un caso se ponían

uno encima de otro, se apilaban, y de ahí viene pila, y enotro caso se ponían uno junto a otro, en batería.

Al contrario que en el inglés, en que se llama a todas bat-tery, en el castellano de España y otros países, se ha toma-do el término batería (y acumulador) para las recargables,y pila para las no recargables, lo que ayuda a distinguirlassin necesidad de un calificativo. En muchos países hispa-nohablantes, en cambio, se emplea la palabra batería paralos dos tipos, por lo que es necesario añadir un calificativo(recargable o no recargable, primaria o secundaria).

En esos países, el término   acumulador   se aplica tam-

bién indistintamente a uno u otro tipo, así como a loscondensadores  eléctricos o a otros métodos de acumu-lación, siendo de este modo un término neutro capaz deenglobar y describir a todos ellos.

1.1 Primarias y secundarias

En los países que no hacen la diferencia anteriormenteexpuesta, los elementos suministradores de electricidadse clasifican en dos categorías:

•   Las  celdas primarias, lo que antes se han llama-do pilas, transforman la energía química en energíaeléctrica, de manera irreversible (dentro de los lí-mites de la práctica). Cuando se agota la cantidadinicial de reactivos presentes en la pila, la energíano puede ser fácilmente restaurada o devuelta a lacelda electroquímica por medios eléctricos.[1]

•   Las   celdas secundarias, lo que antes se han lla-mado baterías, pueden ser recargadas, es decir, quepueden revertir sus reacciones químicas mediante elsuministro de energía eléctrica a la celda, hasta elrestablecimiento de su composición original.[2]

Las celdas primarias o pilas, (de un solo uso o de “usary tirar”) se usan una vez y se desechan; los materiales

1

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2   3 HISTORIA

de los electrodos se cambian irreversiblemente durantela descarga. Los ejemplos más comunes son la pila alca-lina no recargable utilizada para linternas y una multi-tud de dispositivos portátiles. Las secundarias o baterías(recargables) se pueden descargar y recargar varias veces,debido a que la composición original de los electrodos

puede ser restaurado por la corriente inversa. Los ejem-plos incluyen las baterías de ácido-plomo usadas en losvehículos, las baterías de iones de litio utilizadas en dis-positivos electrónicos portátiles, como móviles, tabletas yordenadores y las baterías recargables de Ni-HM, utiliza-das como alternativa o reemplazo de las pilas alcalinas endispositivos electrónicos portátiles que las emplean, co-mo cámaras fotográficas digitales, juguetes, radios portá-tiles, radiograbadores, linternas, reproductores de MP3 yMinidisc, entre otros.

2 Principios de funcionamiento

El  principio de funcionamiento  de un acumulador es-tá basado esencialmente en un proceso químico reversi-ble llamado reducción-oxidación (también conocida co-mo redox), un proceso en el cual uno de los componen-tes se oxida (pierde electrones) y el otro se reduce (ganaelectrones); es decir, un proceso cuyos componentes noresulten consumidos ni se pierdan, sino que meramentecambian su estado de oxidación y, que a su vez puedenretornar a su estado original en las circunstancias adecua-das. Estas circunstancias son, en el caso de los acumula-

dores, el cierre del circuito externo, durante el procesode descarga, y la aplicación de una corriente, igualmenteexterna, durante la carga.

Resulta que procesos de este tipo son bastante comu-nes en las relaciones entre los elementos químicos y laelectricidad durante el proceso denominado electrólisis,y en los generadores voltaicos o pilas. Los investigadoresdel siglo XIX dedicaron numerosos esfuerzos a observary a esclarecer este fenómeno, que recibió el nombre depolarización.

Un acumulador es, así, un dispositivo en el que la pola-rización se lleva a sus límites alcanzables, y consta, engeneral, de dos electrodos, del mismo o de distinto mate-rial, sumergidos en un electrolito.

3 Historia

El 20 de marzo de 1800, Alessandro Volta comunica suinvento de la  pila, que actualmente lleva su nombre, ala Royal Society. Tres años después, en 1803,  JohannWilhelm Ritter construyó su acumulador eléctrico. Co-mo muchos otros que le siguieron, era un prototipo teó-

rico y experimental, sin posible aplicación práctica. Yaen 1836 John Frederic Daniell inventa la pila Daniell, apartir de la pila de Volta, pero que evita la acumulación

de hidrógeno. Poco después, en 1844, evolucionada y au-mentada de potencia por William Robert Grove que in-venta la pila homónima. Fue muy empleada en las redestelegráficas de Estados Unidos hasta 1860.

En 1860, Gaston Planté construyó el primer modelo de

batería de plomo y ácido con pretensiones de ser un dis-positivo utilizable, lo que no era más que muy relativa-mente, por lo que no tuvo éxito. A finales del siglo XIX,sin embargo, la electricidad se iba convirtiendo rápida-mente en artículo cotidiano, y cuando Planté volvió a ex-plicar públicamente las características de su acumulador,en 1879, tuvo una acogida mucho mejor, de modo que co-menzó a fabricarse y ser utilizado casi inmediatamente,iniciándose un intenso y continuado proceso de desarro-llo para perfeccionarlo y evitar sus deficiencias, procesoque dura, todavía, en las primeras décadas del siglo XXI.

Batería de plomo y ácido de 12 voltios y carga eléctrica de 7.0

Ah.

En 1887, Carl Gassner patentó la denominada pila seca,ya que no tiene un electrólito líquido libre, sino una pastade yeso de París. Paralelamente, en 1887 Federico Gui-llermo Luis Hellesen desarrolló su propio diseño de pilaseca. Se ha afirmado que el diseño de Hellesen precedióal de Gassner. La primera pila fabricada industrialmentepara el público en general surgió del modelo de Gassner,sustituyendo el yeso de París por cartón en espiral y conlos electrodos de cinc y carbono.

Acabando el siglo XIX, en 1899, el científico   sueco

Waldemar Jungner   inventó el   acumulador de níquel-cadmio (Ni-Cd), una batería recargable que tenía electro-dos de níquel y cadmio en una disolución de hidróxido depotasio (potasa cáustica, KOH). Se comercializó en Sue-cia en 1910 y llegó a Estados Unidos en 1946. El propioJungner experimentó para sustituir el cadmio por hierroen diferentes proporciones, trabajo que fue recogido pos-teriormente por Thomas Alva Edison, quien, basándoseen el trabajo del primero, patentó en 1903 otro tipo deacumulador con electrodos de hierro y níquel, cuyo elec-trolito era, también, el hidróxido de potasio. Empezarona comercializarse en 1908 y aún se producen, tanto losmodelos originales como modelos evolucionados de otrosfabricantes.

A mediados del siguiente siglo, en 1955, el ingeniero

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4.2 Corriente   3

Lewis Urry, intentando encontrar una manera de aumen-tar la vida útil de las pilas de cinc-carbono, modificólos electrodos llegando al desarrollo de las conocidas co-mo pilas alcalinas, aunque con una fabricación de mayorcoste. La batería de Urry se componía de un cátodo dedióxido de manganeso y un ánodo de cinc en polvo con

un electrolito alcalino. Estas pilas salieron al mercado en1959.

La experimentación con  baterías de litio   comenzó en1912 con G. N. Lewis, pero hasta la década de 1970 nose comercializaron las primeras. Se emplean actualmen-te diversas pilas con litio en el ánodo y diferentes sustan-cias en el cátodo: sulfuro de hierro, dióxido de mangane-so, dióxido de azufre, cloruro de tionilo, monofluoruro decarbono, etc.

Pese a desarrollarse la tecnología de níquel-hidrógenoen los años 1970, para satélites de comunicaciones  co-

merciales, las primeras baterías de níquel metal hidruro(NiMH) no aparecieron en el mercado, para usos corrien-tes, hasta 1989.

En la década de 1980, el químico estadounidense John B.Goodenough dirigió un equipo de investigación de Sonyque produciría finalmente la batería de iones de litio, re-cargable y más estable que la batería de litio puro. En1996, se lanzó al mercado la batería de  polímero de ionde litio, en la que su electrolito se aloja en un políme-ro sólido compuesto y los electrodos y los separadores selaminan entre sí, lo que permite envolturas flexibles.

4 Parámetros de un acumulador

4.1 Tensión

La tensión o potencial (en voltios) es el primer parámetroa considerar, pues es el que suele determinar si el acu-mulador conviene al uso al cual se le destina. Viene fija-do por el potencial de reducción del par redox utilizado;suele estar entre 1 V y 4 V por elemento.

Se obtiene de calcular el trabajo, W, requerido para trans-ferir una cantidad de carga que a través de una sección

transversal de un elemento (el conductor o cable) con-tra la fuerza eléctrica que producen las otras cargas delconductor. La unidad de voltaje es el voltio. Matemáti-camente:

V    = dW (t)

dq (t)

Donde:

V  

W 

q 

t

Simplificando mucho, el voltaje es como la altura de unacascada de agua, mientras más alta sea la cascada, ma-

yor será su fuerza para mover una noria. Una cascada deagua de altura pequeña moverá poco la rueda, hará po-co trabajo. Una cascada de gran altura moverá mucho larueda, hará gran trabajo. Por ello si se quiere obtener mástrabajo se necesita una pila de voltaje superior. Por ejem-plo en autos radio controlados cuanto más voltaje tengala batería será mayor la potencia que mueve el automóvil.

4.2 Corriente

Es la tasa de cambio neta de la carga Q (medido enculombios) transferida a través de una sección transversal

de un conductor.

I  =  dq (t)

dt

Donde:

I 

q 

t

Siguiendo la analogía anterior la corriente es como el aguade una cascada que se desplaza y que mueve la noria. Enmotores de corriente continua mientras mayor es la co-rriente más torque se puede realizar con el motor. Siendosimplista más fuerza podrá hacer dicho motor.

4.3 Capacidad de carga

La capacidad de carga que puede almacenar el elemento

o capacidad del acumulador, se mide en amperios-hora(Ah) y es el segundo parámetro a considerar. Especialimportancia tiene en algunos casos la intensidad de co-rriente máxima obtenible, medida en   amperios (A); p.ej., los motores de arranque de los automóviles exigenesfuerzos muy grandes de la batería cuando se ponen enfuncionamiento (centenas de A), pero actúan durante po-co tiempo.

Un miliamperio-hora es la corriente en miliamperios quepuede entregar la pila durante 1 hora. Entre una batería opila de 1200 mAh y otra de 2200 mAh la segunda durarámás tiempo porque tiene mayor cantidad de carga eléc-

trica almacenada. En cualquier equipo eléctrico podemoscolocar cualquier pila con cualquier mAh ya que influyeen la duración.

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4   4 PARÁMETROS DE UN ACUMULADOR

4.4 Carga eléctrica

La carga eléctrica se mide en la práctica por referencia alos tiempos de carga y de descarga en amperios (A). Launidad SI es el culombio (C).

Q =  I   ∗ t =  I   ∗ (th  ∗ 3600)

Donde:

Q = carga eléctrica

I = intensidad

t = tiempo (en segundos)

th = tiempo en horas

Por tanto, la carga eléctrica en las distintas unidades es:

1Ah = 3600C  y  1C  = 0, 278mAh

4.5 Energía

La energía que puede suministrar una batería depende desu capacidad y de su voltaje, se mide habitualmente enWh (vatios-hora); la unidad SI es el julio.

W   = P   ∗ t =  P   ∗ (th  ∗ 3600)

Donde:[3]

W = energía

P = potencia

t = tiempo (en segundos)

th = tiempo (en horas)

Por tanto las equivalencias entre unidades son:[3]

1Wh = 3600J  y  1J  = 0, 278mWh

Como P   = i ∗ V  

Donde:[3]

P = potencia

i = intensidad

V = diferencia de potencial

La equivalencia de unidades se puede desarrollar en:

1Wh = 1AhV  (La energía se obtiene multiplicando la capaci-dad por el voltaje).

Téngase en cuenta, sin embargo, que, cuando le den in-dicaciones en el cuerpo de las baterías o en sus envases,como «Cárguese a 120 mA durante 12 horas», el pro-ducto resultante excederá la capacidad del acumulador,el exceso de carga se disipa dentro de la batería en for-ma de calor a causa de su resistencia interna. Si la capa-

cidad del acumulador fuesen 1200 mAh y se le aplica-ra una corriente de carga de 120 mA durante 12 horas,120 ∗ 12 = 1440mAh , por lo que 240 mAh será la car-ga convertida en calor dentro de la batería y 1200 mAh laefectivamente almacenada en ella. Para calcular la ener-gía perdida bastaría multiplicar los 240 mAh de excesode carga por la tensión de carga.

4.6 Resistencia

La resistencia de las baterías es muy inferior a la de laspilas, lo que les permite suministrar cargas mucho másintensas que las de éstas, sobre todo de forma transito-ria. Por ejemplo, la resistencia interna de una batería deplomo-ácido es de 0,006 ohm, y la de otra de Ni-Cd, de0,009 ohm.

4.7 Masa

Otra de las características importantes de una batería essu masa, y la relación entre ella y la capacidad eléctri-ca (Ah/kg) o la energía (Wh/kg) que puede restituir. Enalgunos casos puede ser también importante el volumen

que ocupe (Ah/m3) o (Ah/litro).

4.8 Rendimiento

El rendimiento es la relación porcentual entre la ener-gía eléctrica recibida en el proceso de carga y la que elacumulador entrega durante la descarga. La batería deplomo-ácido tiene un rendimiento de más del 90 %. lasbaterías Ni-Cd un 83 %.

4.9 Constante de carga/descarga C

C es una constante creada por losfabricantes que dependede los miliamperios hora especificados en la batería y quese usa para poder señalar más fácilmente la intensidada laque debe cargarse o descargarse una batería sin que éstasufra daños. Se calcula como sigue:

C  =   X

1000

Donde:

C= constante de carga o descarga

X= capacidad en mAh de la batería

En el mercado, por ejemplo, las pilas LiPo vienen rotu-ladas con 20C o similares, este número indica la máxima

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5.1 Baterías de plomo-ácido   5

capacidad de descarga y se destaca en los rotulos porquesegún el uso que se les dé, por ejemplo para radioaficio-nados que compiten en carreras de auto o aviones les in-dicará el tiempo de vuelo, la duración variará.

Ejemplo

Por ejemplo, una LiPo de 1200 mAh:

C  =   1200

1000 = 1, 2

Luego el fabricante colocaría «No carge la batería a másde 1C», entonces 1·1,2= 1,2, por lo no se cargaría a másde 1,2 A.

También señala «No descargue la batería a más de 7C»,entonces 7·C = 7·1,2 = 8,4, por lo que no deberíamosdescargar la LiPo del ejemplo con una intensidad mayorde 8,4 A.

4.10 Efecto memoria

El efecto memoria es un efecto no deseado que afecta alas baterías y por el cual en cada recarga se limita el vol-taje o la capacidad (a causa de un tiempo largo, una altatemperatura, o una corriente elevada). La consecuenciaes la reducción de la capacidad de almacenar energía de-bido a el interior de la batería.

5 Tipos de acumuladores recarga-

bles por su naturaleza interna

Por lo que a su naturaleza interna se refiere, caracterís-ticas eléctroquímicas, se encuentran habitualmente en elcomercio acumuladores recargables de los tipos que sedetallan a continuación.

5.1 Baterías de plomo-ácido

Está constituida por dos electrodos de plomo, de maneraque, cuando el aparato está descargado, se encuentra enforma de sulfato de plomo (II) (PbSO4) incrustado en unamatriz de plomo metálico en el elemento metálico (Pb);el electrólito es una disolución de ácido sulfúrico.

Su funcionamiento es el siguiente:

Carga

Durante el proceso de carga inicial, el  sulfato de plomo(II) pierde electrones o se   reduce a plomo metal en elpolo negativo (cátodo), mientras que en el ánodo se for-ma óxido de plomo (IV) (PbO2). Por lo tanto, se trata de

un proceso de dismutación. No se libera hidrógeno, yaque la reducción de los  protones a hidrógeno elementalestá cinéticamente impedida en la superficie de plomo,

Batería de ebonita con terminales expuestos.

característica favorable que se refuerza incorporando alos electrodos pequeñas cantidades de plata. El despren-dimiento de hidrógeno provocaría la lenta degradacióndel electrodo, ayudando a que se desmoronasen mecáni-camente partes del mismo, alteraciones irreversibles queacortarían la duración del acumulador.

Descarga

Durante la descarga se invierten los procesos de la carga.El óxido de plomo (IV), que ahora funciona como cá-

todo, se reduce a sulfato de plomo (II), mientras que elplomo elemental se oxida en el ánodo para dar igualmen-te sulfato de plomo (II). Los electrones intercambiados seaprovechan en forma de corriente eléctrica porun circuitoexterno. Se trata, por lo tanto, de una conmutación. Losprocesos elementales que trascurren son los siguientes:

PbO2 + 2 H2SO4 + 2 e– → 2 H2O + PbSO4 +SO4

2–

Pb + SO42– → PbSO4 + 2 e–

En la descarga baja la concentración del ácido sulfúrico,porque se crea sulfato de plomo (II) y aumenta la cantidadde agua liberada en la reacción. Como el ácido sulfúricoconcentrado tiene una densidad superior a la del ácidosulfúrico diluido, la densidad del ácido puede servir deindicador para el estado de carga del dispositivo.

Ciclos y vida

No obstante, este proceso no se puede repetir indefini-damente, porque, cuando el sulfato de plomo (II) formacristales, ya no responden bien a los procesos indicados,

con lo que se pierde la característica esencial de la reversi-bilidad. Se dice entonces que la batería se ha «sulfatado»y es necesario sustituirla por otra nueva. Las baterías de

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6   5 TIPOS DE ACUMULADORES RECARGABLES POR SU NATURALEZA INTERNA

este tipo que se venden actualmente utilizan un electroli-to en pasta, que no se evapora y hace mucho más seguray cómoda su utilización.

Ventajas

•  Bajo costo.

•  Fácil fabricación.

Desventajas

•  No admiten sobrecargas ni descargas profundas,viendo seriamente disminuida su vida útil.

•  Altamente contaminantes.

•  Baja densidad de energía: 30 Wh/kg.

•   Peso excesivo, al estar compuesta principalmente deplomo; por esta razón su uso en automóviles eléctri-cos se considera poco lógico por los técnicos elec-trónicos con experiencia. Su uso se restringe por estarazón.

Características

•  Voltaje proporcionado: 2 V/elemento.

Cuando varias celdas se agrupan para formaruna batería comercial, reciben el nombre devasos, que se conectan en serie para proporcio-nar un mayor voltaje. Dichos vasos se contie-nen dentro de una caja de polipropileno copo-límero de alta densidad con compartimientosestancos para cada celda. La tensión suminis-trada por una batería de este tipo se encuentranormalizada en 12 voltios si posee 6 elemen-tos o vasos para vehículos ligeros y 24 Voltiospara vehículos pesados con 12 vasos. En algu-

nos vehículos comerciales y agrícolas antiguostodavía se utilizan baterías de 6 voltios, de 3elementos o vasos.

•   Densidad de energía: 30 Wh/kg.

Usos

Este tipo de acumulador se sigue usando aún en mu-chas aplicaciones: en los automóviles, para el arranque,sistemas fotovoltaicos y en aplicaciones estacionarias co-

mo acumuladores para  fuentes de alimentación ininte-rrumpidas para equipos médicos, informáticos, equiposde seguridad, etc.

Thomas A. Edison con su batería de níquel-hierro.

5.2 Baterías de níquel-hierro (Ni-Fe)

La batería de níquel-hierro, también denominada de fe-rroníquel, fue inventada por Waldemar Jungner en 1899,posteriormente desarrollada por Thomas Alva Edison ypatentada en 1903. En el diseño original de Edison el cá-todo estaba compuesto por hileras de finos tubos forma-dos por laminas enrolladas de acero niquelado, estos tu-bos están rellenos de hidróxido de níquel u oxi-hidróxidode níquel (NiOOH). El ánodo se componía de cajas per-foradas delgadas de acero niquelado que contienen polvode óxido ferroso (FeO). El electrólito es alcalino, una di-solución de un 20 % de potasa cáustica (KOH) en aguadestilada.

Carga y descarga

Los electrodos no se disuelven en el electrolito, las reac-ciones de carga/descarga son completamente reversiblesy la formación de cristales de hierro preserva los elec-trodos por lo cual no se produce efecto memoria lo queconfiere a esta batería gran duración.[4] Las reacciones decarga y descarga son las siguientes:

Cátodo: 2 NiOOH + 2 H2O + 2 e– ↔ 2Ni(OH)2 + 2 OH–

Ánodo: Fe + 2 OH– ↔ Fe(OH)2 + 2 e–

(Descarga se leede izquierda a derecha y carga de derecha

a izquierda.)[5]

Ventajas

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5.4 Baterías de níquel-hidruro metálico (Ni-MH)   7

•  Bajo costo.

•  Fácil fabricación.

•   Admite sobrecargas, repetidas descargas totales eincluso cortocircuitos sin pérdida significativa de ca-pacidad.

•   No es contaminante, no contiene metales pesados yel electrolito diluido se puede usar en aplicacionesagrícolas.

•  Muy larga vida útil, algunos fabricantes hablan demás de 100 años de esperanza de vida en los elec-trodos y 1000 ciclos de descarga 100 % en elelectrolito.[6] El electrolito se debe cambiar cada 20años según instrucciones de uso redactadas por elpropio Edison.[7]

•  Compuesta de elementos abundantes en la corteza

de la tierra (hierro, níquel, potasio)•   Funciona en un mayor rango de temperaturas, entre

−40 °C y 46 °C

Desventajas

•  Solo posee una eficiencia del 65 %.[cita requerida]

Características

•  Voltaje proporcionado: 1,2 ~ 1,4 V

•   Densidad de energía: 40 Wh/kg

•   Energía/volumen: 30 Wh/l

•   Potencia/peso: 100 W/kg

5.3 Baterías de níquel-cadmio (Ni-Cd)

Utilizan un cátodo de hidróxido de níquel y un ánodo deun compuesto de cadmio. El electrolito es de hidróxidode potasio. Esta configuración de materiales permite re-cargar la batería una vez está agotada, para su reutiliza-

ción. Sin embargo, su densidad de energía es de tan sólo50 Wh/kg, lo que hace que tengan poca capacidad.

Ventajas

•  Admiten un gran rango de temperaturas de funcio-namiento.

•  Admiten sobrecargas, se pueden seguir cargandocuando ya no admiten más carga, aunque no la al-macena.

Desventajas

•  Efecto memoria muy alto.

•  Densidad de energía baja.

Características[8]

•  Voltaje proporcionado: 1,2 V

•   Densidad de energía: 50 Wh/kg

•   Capacidad usual: 0,5 a 1,0 A (en pilas tipo AA)

•  Efecto memoria: muy alto

5.4 Baterías de níquel-hidruro metálico

(Ni-MH)

Un cargador de baterías AA, válido para Ni-MH y Ni-Cd.

Utilizan un ánodo de hidróxido de níquel y un cátodo deuna aleación de hidruro metálico.

Ventajas

•  Este tipo de baterías se encuentran menos afectadaspor el llamado efecto memoria.

Desventajas

•  No admiten bien el frío extremo, reduciendo drásti-

camente la potencia eficaz que puede entregar.

Características

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8   5 TIPOS DE ACUMULADORES RECARGABLES POR SU NATURALEZA INTERNA

•  Voltaje proporcionado: 1,2 V

•   Densidad de energía: 80 Wh/kg

•   Capacidad usual: 0,5 a 2,8 A (en pilas tipo AA)

•

 Efecto memoria: bajo

5.5 Baterías de iones de litio (Li-ion)

Las baterías de iones de litio (Li-ion)  utilizan un áno-do de grafito y un cátodo de óxido de cobalto, trifilina(LiFePO4) u óxido de manganeso. Su desarrollo es másreciente, y permite llegar a altas densidades de capacidad.No admiten descargas y sufren mucho cuando éstas suce-den; por lo que suelen llevar acoplada circuitería adicio-nal para conocer el estado de la batería, y evitar así tantola carga excesiva como la descarga completa.

Ventajas

•  Apenas sufren el efecto memoria y pueden cargarsesin necesidad de estar descargadas completamente,sin reducción de su vida útil.

•  Altas densidades de capacidad.

Desventajas

•   No admiten bien los cambios de temperatura.

•   No admiten descargas completas y sufren muchocuando éstas suceden.

Características

•  Voltaje proporcionado:

•   A plena carga: entre 4,2 V y 4,3 V dependien-do del fabricante.

•

 A carga nominal: entre 3,6 V y 3,7 V depen-diendo del fabricante.

•  A baja carga: entre 2,65 V y 2,75 V depen-diendo del fabricante (este valor no es un lími-te, se recomienda).

•   Densidad de energía: 115 Wh/kg

•   Capacidad usual: 1,5 a 2,8 A (en pilas tipo AA)

•  Efecto memoria: muy bajo

Usos

Móviles, tabletas, libros electrónicos, etc.

5.6 Baterías de polímero de litio (LiPo)

Son una variación de lasbaterías de iones de litio (Li-ion).Sus características son muy similares, pero permiten unamayor densidad de energía, así como una tasa de descargabastante superior. Estas baterías tienen un tamaño más

reducido respecto a las de otros componentes.

Batería de polímero de litio (LiPo) de 11,1 V.

Cada celda tiene un voltaje nominal de 3,7 V, voltaje má-ximo 4,2 y mínimo 3,0. Este último debe respetarse rigu-rosamente ya que la pila se daña irreparablemente a vol-tajes menores a 3 voltios. Se suele establecer la siguientenomenclatura XSYP que significa X celdas en serie, e Yen paralelo. Por ejemplo 3s2p son 2 baterías en paralelo,donde cada una tiene 3 celdas o células. Esta configura-ción se consigue conectando ambas baterías con un cableparalelo.

Ventajas

•   Mayor densidad de carga, por tanto tamaño reduci-do.

•  Buena tasa de descarga, bastante superior a las deiones de litio.

Desventajas

•   Quedan casi inutilizadas si se descargan por debajodel mínimo de 3 voltios.

Tipos

Las baterías LiPo se venden generalmente de 1S a 4S loque significa:

•  Li-PO 1S: una celda, 3,7 V.

•   Li-PO 2S: dos celdas, 7,4 V.

•   Li-PO 3S: tres celdas, 11,1 V.

•   Li-PO 4S: cuatro celdas, 14,8 V.

Usos

Su tamaño y peso las hace muy útiles para equipos pe-queños que requieran potencia y duración, como manoslibres bluetooth.

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5.7 Pilas de combustible

La  pila de combustible   no se trata de un acumuladorpropiamente dicho, aunque convierte energía química enenergía eléctrica y es recargable. Funciona con hidrógeno(Se usan otros combustibles como el metano o el metanol

para obtener el hidrógeno).

5.8 Condensador de alta capacidad

Aunque los condensadores de alta capacidad no sean acu-muladores electroquímicos en sentido estricto, en la ac-tualidad se están consiguiendo capacidades lo suficiente-mente grandes (varios faradios, F) como para que se lospueda utilizar como baterías cuando las potencias a su-ministrar sean pequeñas, en relación a su capacidad dealmacenamiento de energía.

Por ello se usan como batería en algunos  relojes de pul-sera que recogen la energía en forma de luz a través decélulas fotovoltaicas, o mediante un pequeño generadoraccionado mecánicamente por el muelle de la cuerda delreloj.

Aunque funcionan como acumuladores se les suele llamarcondensadores, ya que condensan o almacenan la corrien-te eléctrica aunque ésta fluctúe en el circuito.

5.9 Tabla comparativa de los diferentes ti-

pos de acumulador

* Las baterías de níquel se pueden cargar hasta en30 minutos, con cargas rápidas, pero disminuye suvida y se calientan en exceso, siendo las únicas queadmiten este tipo de cargas.

6 Tipos de batería por tamaño y

forma

Por lo que a sus tamaños y otras características externasse refiere, muchas de ellas son comunes a pilas y baterías(acumuladores), están normalizadas.

7 Reciclaje de baterías

Como se ha visto, la mayoría de baterías contienenmetales pesados y compuestos químicos, muchos de ellosperjudiciales para el medio ambiente. En la mayoría delos países no está permitido tirarlas a la basura y es obli-gatorio llevarlas a un centro de reciclado. También, la ma-

yoría de los proveedores y tiendas especializadas se hacencargo de las baterías gastadas. Es muy importante cum-plir con estas medidas de precaución.

Mercurio

La liberación del mercurio contenido en pilas ha ocurridoa consecuencia del uso de tres tipos de pilas: las de óxidode mercurio, las deC-Zn y las alcalinas. En elprimer tipo,el contenido de dicho metal es del 33 %, y se usaron tantoen el modelo de botón  como en otros tamaños, a partirde 1955. Teóricamente, se dejaron de producir en 1995,aunque hay fuentes de información que indican que dichoproceso continúa en Asia y se distribuyen en el mercadointernacional.

Para el segundo y tercer tipo de pilas, se sabe que duran-te varias décadas, antes de 1990, se les agregaba mercu-rio (entre 0,5 a 1,2 %) para optimizar su funcionamien-to, siendo las alcalinas las de mayor contenido; tambiénel carbón que contienen algunas veces está contaminadocon este metal de manera natural.

En 1999, el INE de México solicitó un análisis de mues-tras de tres marcas diferentes de pilas del tipo AA, deconsumo normalen ese país, de las cualesdos eran de pro-cedencia asiática (de C-Zn) y una alcalina de procedenciaeuropea. Los resultados fueron los siguientes: para las deprocedencia asiática, los valores obtenidos fueron de 0,18mg/kg y de 6,42 mg/kg; en cuanto a la de procedencia eu-ropea el resultado fue de 0,66 mg/kg; dichas cantidades,equivalentes a partes por millón, no rebasan los límitesde 0,025 % establecidos en el Protocolo sobre metales pe-sados adoptado en 1998 en Aarhus, Dinamarca, por lospaíses miembros de la Comisión Económica para Europade las Naciones Unidas (UNECE).

En México, otras fuentes de mercurio la constituyen laindustria de cloro/sosa, que lo utiliza como cátodo en elproceso electrolítico; también productos como termóme-tros, varios tipos de interruptores y lámparas fluorescen-tes. Según información oficial ya no se extrae mercurioen México, aunque se dispone de datos sobre importa-ción por un monto de 130 toneladas en los últimos tresaños. El mercurio es un contaminante local y global porexcelencia. La química ambiental correspondiente a estemetal tóxico es muy compleja, dadas sus propiedades; seevapora a temperatura ambiente y sus átomos viajan le-jos; al ser depositado en loscuerpos de agua se transformaen mercurio orgánico (metil-mercurio) por mecanismosaeróbicos o anaeróbicos; es así como se contaminan, en-tre otros, los pescados y mariscos. Otra forma de intoxi-cación por mercurio es la inhalación de los vapores emi-tidos por el mercurio en su forma metálica en ambientescerrados. El metil-mercurio puede atravesar la placenta,acumularse, y provocar daño en el cerebro y en los teji-dos de los neonatos, quienes son especialmente sensiblesa esta sustancia. También puede existir exposición al mer-curio a través de la leche materna; en este caso, los efectospueden provocar problemas de desarrollo, retrasos en elandar, en el habla o mentales, falta de coordinación, ce-

guera y convulsiones. En adultos, la exposición constante,a través de la ingesta de alimentos contaminados, pesca-dos por lo general, puede provocar cambios de personali-

7/17/2019 Bateria Acumulador

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10   10 ENLACES EXTERNOS 

dad, pérdida de visión, memoria o coordinación, sorderao problemas en los riñones y pulmones. La Agencia Inter-nacional para la Investigación sobre el Cáncer (IARC, porsus siglas en inglés) de la Organización Mundial de la Sa-lud (OMS),considera al metil-mercurio y sus compuestoscomo posiblemente cancerígeno en seres humanos (Gru-

po 2B). El metil-mercurio, que es la forma más tóxica,se acumula en los tejidos de los peces; los especímenesde mayor tamaño y de mayor edad tienden a concentrarniveles de mercurio más altos.

Manganeso

Dado que los tipos de pila más consumidos son alcali-nas y C-Zn (aproximadamente el 76 % del consumo totalde pilas y baterías), el óxido de manganeso contenido enellas es el contaminante que en mayor volumen se ha li-

berado al medio ambiente en las últimas cuatro décadas,lo que representa aproximadamente 145 917 toneladas.Respecto de los efectos adversos ocasionados en la sa-lud humana por esta sustancia, diversos estudios sugierenefectos neurológicos serios por exposición oral al manga-neso.

Por ejemplo, un estudio hecho por la OMS reporta que en1981 se notificó una intoxicación en una comunidad deJapón, debida a que cerca de un pozo de agua se enterra-ron aproximadamente 400 piezas de pilas a una distanciaaproximada de dos metros, lo cual provocó 16 casos deenvenenamiento; tres fueron fatales (incluyendo un sui-

cidio). Los niveles de manganeso detectados en el aguade ese pozo fueron de 14 miligramos por litro, mientrasque en otros dos pozos los niveles alcanzaron 8 y 11 mili-gramos por litro. Los sujetos de la comunidad exhibierondesórdenes de tipo psicológico y neurológico asociados ala intoxicación.

8 Véase también

•  Pila eléctrica

•   Batería de automóvil

•   Cargador de baterías

•   Estación de carga

•  Vehículo híbrido eléctrico enchufable

•  Pila de limón

•   Supercondensador

•  Vehículo eléctrico

•  Vehículo híbrido

9 Referencias

[1] Dingrando 675.

[2] Fink, Ch. 11, Sec. “Batteries and Fuel Cells.”

[3]  Catalá de Alemany, 1963, pp. 530-531

[4]  Pruebas de laboratorio para validar la durabilidad de lascélulas de Ni-Fe

[5]   Electroquímica de la célula de Edison (Ni-Fe).

[6]   Especificaciones sobre baterías de níquel-hierro de fabri-cante estadounidense

[7]  Guía de mantenimiento de baterías de níquel-hierro edi-tada por Thomas A. Edison en 1914

[8] Balocchi, Emilio (1996). Química General  (3º edición).

9.1 Bibliografía

•  Catalá de Alemany, J. (1963). Física general  (3ª edi-ción). Valencia: SABER. N.º Registro: V. 427 - 63, De-pósito legal: V. 1927-1963.

10 Enlaces externos

•   Wikimedia Commons alberga contenido multi-media sobre baterías. Commons

•  El ABC de las baterías

•   Información sobre baterías de hierro-níquel (en in-glés).

•  Comprobación del estado de carga de la batería de12 V de plomo-ácido.

•   Sony crea baterías que funcionan con azúcar.

•  Ejemplos de baterias para mantenimiento eléctrico

•   Historia de la batería eléctrica (en inglés).

•   Introducción a las baterías (en inglés).•  Battery University (en inglés).

•  Desarrollan una batería para teléfonos móviles quese alimenta de azúcar. (enlace roto disponible enInternet Archive; véase el historial y la última ver-sión).

•   Cargador de baterías “NO recargables” (enlace rotodisponible en Internet Archive; véase el historial y laúltima versión). (en inglés).

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11

11 Texto e imágenes de origen, colaboradores y licencias

11.1 Texto

•   Batería eléctrica Fuente:  https://es.wikipedia.org/wiki/Bater%C3%ADa_el%C3%A9ctrica?oldid=84462019 Colaboradores:  Mac, PA-CO, Zwobot, Pacomi, Rosarino, Dodo, Triku, Tano4595, Joselarrucea, Wricardoh, Xenoforme, Balderai, Z80user, Digigalos, Petronas,Xuankar, Airunp, Cmx, Taichi, RobotQuistnix, Platonides, Itnas19, Veltys, Alhen, Caiserbot, Tengounnombre, Yrbot, Amadís, BOT-Superzerocool, Varano, Vitamine, BOTijo, YurikBot, KnightRider, Sargentgarcia89, Banfield, Folkvanger, Coppelius, Paintman, Jorgechp,Koldobika, BOTpolicia, CEM-bot, Jorgelrm, Laura Fiorucci, Ignacio Icke, Pacovila, Eamezaga, Davius, Rastrojo, Antur, Macrad, Dorieo,ElAbuelo, Escarbot, RoyFocker, Csoliverez, Albireo3000, Isha, Hanjin, Secuela, Jurgens~eswiki, JAnDbot, BelegDraug, Floppy3, Van-Kleinen, Kved, Mansoncc, Muro de Aguas, TXiKiBoT, Gustronico, Humberto, Zeedhra, Chabbot, Pólux, BL, Mjg88, Biasoli, Aibot,VolkovBot, Gruschenko, Snakeyes, Technopat, C'est moi, Otto Perdomo, Matdrodes, Fernando Estel, Lucien leGrey, 3coma14, MuroBot, Numbo3, BotMultichill, Eacg91, SieBot, Aitorzubiaurre, Ctrl Z, DaBot~eswiki, Cobalttempest, Matetano, Bigsus-bot, BOTarate, Mel23, Raul.lara, Manwë, Mikeliusdelanus, Gunner 1, Mafores, Tirithel, Mutari, Javierito92, HUB, Antón Francho, Helenio, Kikobot, Dg-gionco, DragonBot, Panypeces, Leonpolanco, Pan con queso, Botito777, Poco a poco, Açipni-Lovrij, Camilo, UA31, Armando-Martin,AVBOT, David0811, Angel GN, MarcoAurelio, Diegusjaimes, Roinpa, Dangelin5, Markoszarrate, Bs1126, ArthurBot, SuperBraulio13,Ortisa, Jkbw, Dreitmen, Igna, White Master King, Hprmedina, Kizar, Vubo, Tuwariq, Wikielwikingo, Fvelop, Aleixdiz, MSDJHERO,Nachosan, Fnuno, AnselmoSturla, Marcoarias, Wikiléptico, EmausBot, Savh, AVIADOR, Megazilla77, Espinoza69, Africanus, Grillitus,Rubpe19, Victoria84, Waka Waka, Diamondland, Rootor, Cordwainer, Hiperfelix, Seba24000, MerlIwBot, WhiteBot, Hforzrto0, Tra-velour, MetroBot, Allan Aguilar, Nnacho33209, Acratta, KundaliniZero, Xaviermdq, Harpagornis, LlamaAl, Elvisor, Jorge2r, Zerabat,GreexD, IsmaelKC, Addbot, DANNY.DVB, ConnieGB, El escriba sentado, Anonimo200W, Lagoset, Jarould, Henry layton, BenjaBot,Eugeniocantero, Lectorina, Murguizur, Ositodepeluchekawaii y Anónimos: 330

11.2 Imágenes

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•   Archivo:Photo-CarBattery.jpg  Fuente:  https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/ee/Photo-CarBattery.jpg Licencia:  Publicdomain Colaboradores:  ? Artista original:  ?

11.3 Licencia de contenido

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