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Acumuladores desechables o recargables

Las baterías principalmente se dividen en desechables y recargables, también conocidas como primarias y secundarias. Las baterías o acumuladores desechables son de único uso, luego se vuelven inservibles ya que la reacción química interior se ha agotado. Las más comunes de este tipo serían las de zinc carbono o las alcalinas, las primeras de menor rendimiento que las segundas. Las utilizamos en todo tipo de objetos cómo mandos a distancia, juguetes, o luces portátiles. Las baterías o acumuladores recargables ofrecen la ventaja de volver a ser cargadas para su nueva utilización cuando han sido descargadas. Las más convencionales son las de plomo-ácido, o conocidas cómo baterías húmedas, han sido las utilizadas hasta ahora en coches o motos, por ejemplo. Las recargables de mayor rendimiento hasta ahora han sido las de iones de litio mucho más pequeñas y ligeras, con un rendimiento superior y una carga más rápida. Estas son las utilizadas en dispositivos móviles portátiles, como tabletas o smartphones.

Clases de baterías

En esta sección presentaremos los principales tipos de acumuladores de energía existentes en el mercado, con sus principales usos, ventajas e inconvenientes.

Baterías o pilas alcalinas

Estos acumuladores son habitualmente desechables y usan hidróxido de potasio como su electrólito, así como una reacción química entre el zinc y el dióxido de magnesio para generar la corriente eléctrica. Las pilas alcalinas destacan por una corriente de gran estabilidad, usada en la mayoría de juguetes para niños, las linternas convencionales o los mandos a distancia.

Las pilas alcalinas han avanzado para eliminar el contaminante mercurio que se producía en su interior, de todos modos, siempre debemos tirarlas en puntos de recogida de reciclaje, ya que siguen siendo altamente contaminantes para el medio ambiente.

Hay que tomar precauciones con las pilas alcalinas en desuso, en especial con los niños, ya que pueden generar fugas de hidróxido de potasio, visualmente una espuma blanquinosa fuera de la pila, que es altamente contaminante y puede generar irritaciones en la piel, las vías respiratorias o los ojos. Es siempre aconsejable no mezclar pilas de distintos tipos, reemplazar todas las pilas cuando una se agota, y guardarlas en un lugar seco cuando no usamos el dispositivo.

Baterías de ácido plomo

Son los acumuladores más comunes hasta ahora utilizadas en coches, motos o barcos, entre muchos otros usos. Estas baterías son formadas por dos electrodos de plomo, durante el proceso de carga el sulfato de plomo del interior pierde electrones y se reduce así en plomo metal en su polo negativo mientras que en el polo positivo se forma el óxido de plomo. Del mismo modo, durante el proceso de descarga se invierte el proceso y será el momento en el que el óxido de plomo formado en el polo positivo se transforme otra vez en sulfato de plomo, así como el plomo elemental del polo negativo se oxidará para convertirse igualmente en sulfato de plomo. Este proceso genera el intercambio de electrones que aprovechamos para generar energía eléctrica mediante un circuito eléctrico

La principal ventaja de las baterías de ácido plomo es su bajo coste, así como una sencilla fabricación en serie. En contra, son baterías que no se pueden someter a sobrecargas o descargas intensas, son extremadamente contaminantes, no se caracterizan por una densidad de energía demasiado alta y son muy pesadas.

Debemos saber que los acumuladores de ácido plomo no duran toda la vida, estas baterías forman cristales y será entonces cuando los procesos de carga y descarga dejen de actuar correctamente. Cuando esto ocurre no tendremos otro remedio que reemplazar la batería, y se conoce como una batería sulfatada.

Baterías de níquel

La mayoría de estas baterías tienen los primeros orígenes, utilizadas en la industria y para máquinas. Las baterías de níquel destacan por su bajo coste, pero en su contra, por su bajo rendimiento.

Unos acumuladores formados por unos tubos finos enrollados por láminas de acero niquelado formaban estas baterías. En el interior de los tubos se utilizaba hidróxido de níquel y como electrólito una mezcla de potasa cáustica en agua destilada. Estos acumuladores podían cargar y descargar perfectamente sin efecto memoria ya que formaba cristales de hierro que conservaba los electrodos en los procesos. Unas baterías inventadas por Waldemar Jungner y patentadas y desarrolladas por el gran Thomas Edison a principios del siglo XX.

Los acumuladores de níquel hierro eran fáciles de fabricar y a bajo precio. Además son mucho menos contaminantes que el resto de acumuladores, se les estima una vida útil de más de 80 años y pueden funcionar en cualquier temperatura encima de la corteza de la tierra. Su principal inconveniente es un rendimiento de solo el 65%. Actualmente aún podemos encontrar algunas funcionando, para almacenar energía generada por placas solares o turbinas eólicas.

Por sus similitudes, se dice que las baterías de grafeno han resucitado este tipo de baterías de níquel hierro, aunque eso sí, mejorando su inconveniente del rendimiento.

Una clase de baterías que utilizan el ánodo de cadmio y el cátodo de hidróxido de níquel, con hidróxido de potasio como electrolito. Los acumuladores de níquel cadmio son perfectamente recargables, aunque su principal inconveniente es su baja densidad energética de solo 50Wh/kg.

En su favor, son acumuladores que admiten un rango de temperaturas de funcionamiento muy amplio y no les pasa nada con las sobrecargas. Frente su densidad baja de energía y un efecto memoria muy elevado en su contra.

Acumuladores que emplean un ánodo de hidróxido de níquel, mientras que el cátodo es formado por una aleación de hidruro metálico. Unos acumuladores en los que no preocupan tanto su carga por el efecto memoria ya que lo aguantan mejor que los anteriores. En su contra, no pueden ser utilizadas a bajas temperaturas ya que pierden mucho rendimiento.

Esta clase de acumuladores de níquel-metal hidruro son perfectamente recargables y han sido las pioneras en la utilización de vehículos eléctricos. También en la electrónica de gran consumo en forma de pila recargable, que requerirá un cargador específico.

Baterías de litio

Los acumuladores de litio son conocidos actualmente como los de mayor rendimiento. La principal competencia para las nuevas baterías de grafeno. Son los utilizados en la electrónica de gran consumo como tabletas y móviles inteligentes, por sus pequeñas dimensiones, reducido peso y excelente rendimiento hasta ahora comprobado con el resto de baterías de mercado.

Los acumuladores de iones de litio se han convertido en los más utilizados para pequeños dispositivos electrónicos. Gracias a su sal de litio usada como electrolito genera la reacción química para hacer corriente eléctrica. Las baterías de iones de litio destacan por su alta densidad energética, acumuladores pequeños y ligeros con elevada unidad de carga, y por un mínimo efecto memoria, es decir, permiten múltiples cargas y descargas sin verse afectado el rendimiento del acumulador.

De todos modos, en esta clase de baterías no todo son ventajas. Su vida se considera media, no se estima que aguanten más de tres años aproximadamente, y su duración en las principales aplicaciones de electrónica no es superior a un día por lo habitual. Un gran inconveniente que puede mejorar el grafeno. El número de cargas y descargas estimado también es limitado, se estima que a partir de las 1000 cargas la batería puede ya haber perdido mucho rendimiento. Al utilizar materiales inflamables, al sobrecalentarse pueden llegar a explotar, del mismo modo, a muy bajas temperaturas pueden perder rendimiento. Por último, su fabricación es costosa y la salida de corriente es bastante inestable, por este motivo se usan convertidores para estabilizar la tensión.

Baterías de polímero de litio (LIPo)

Los acumuladores de polímero de litio son una variación de las anteriores. Con una densidad energética superior y mejoras en la tasa de descarga. A pesar de ser una clase de baterías que mejoran las de iones de litio su principal inconveniente es que quedan prácticamente inútiles si se descargan por debajo de su mínimo de tres voltios.

Baterías de grafeno

El Grafeno es el cristal bidimensional más delgado descubierto en la naturaleza, con un espesor de solo un átomo de carbono. Esta característica es la que le ofrece algunas de sus principales propiedades.

• Ofrece una extraordinaria conductividad eléctrica. Se comporta al mismo tiempo como un metal y como un semiconductor, en el que los electrones se mueven a muy alta velocidad. Ofrece también el llamado “efecto Hall cuántico”, esto implica que la conductividad del grafeno nunca será de cero ya que los electrones pueden moverse libremente por toda la lámina de grafeno y no se quedan aislados en zonas de las que no pueden salir.
• Es casi transparente y tan denso que ni el mismo helio es capaz de atravesarlo.
• Es hasta dos cientas veces más resistente que el propio acero y más duro que el preciado diamante.
• Ofrece la misma ligerez y e incluso más flexibilidad que las fibras de carbono.
• Ofrece unas excelentes propiedades como conductor térmico.
• Totalmente capaz de soportar la radiación ionizante.
• Se puede decir que prácticamente no ofrece el efecto Joule, es decir, pérdida de energía cinética de los electrones en forma de calor. Esto implica que se calienta menos al conducir electrones.
• Ofrece una muy buena movilidad de portadores, movilidad electrónica, también un bajo nivel de ruido, algo que permite que sea utilizado como canal en transistores de efecto de campo (FET).
• Se ha demostrado que puede reaccionar químicamente junto con otras sustancias para formar compuestos con distintas propiedades.

El conjunto de propiedades del grafeno destaca para la generación de baterías. Ya se está demostrando su excelente rendimiento en estos productos.