Tipos de baterías

Existen varias tecnologías de baterías en función de la reacción que se produce en ella y los componentes que utiliza. Vamos a definir algunas de las tecnologías principales y otras menos conocidas, todas de tipo recargable, que son las que nos interesan para la transición energética al poder utilizarse como almacenamiento de energía.

Baterías de plomo-ácido

Las primeras baterías de plomo datan de hace más de 150 años, lo que actualmente las hacen una tecnología totalmente desarrollada e implantada en nuestra sociedad. Por ejemplo las típicas baterías de coche de 12V suelen ser de plomo-ácido.

Constan de un depósito de ácido sulfúrico y una serie de placas dispuestas en paralelo en el interior de éste. Las placas se alternan entre positiva y negativa, siendo las positivas placas cubiertas de dióxido de plomo y las negativas cubiertas con plomo esponjoso.

En cuanto a los procesos químicos que se dan, son varios y no creo que sea de utilidad detallarlos. Deciros que cada celda aporta una tensión de 2V, por lo que la tensión total siempre será un múltiplo de dos.

Lo que no las hace óptimas para muchas aplicaciones es su baja energía por unidad de masa (densidad energética), su elevado tiempo de carga y su durabilidad. Como bondades podríamos decir la poca energía que pierde en estado de reposo (5% mensual aproximadamente).

Baterías de níquel-hierro

Este tipo de baterías tienen su electrodo positivo fabricado con óxido de níquel-hidróxido y el negativo con hierro. El electrolito está compuesto por hidróxido de potasio.

Por los materiales y el tipo de estructura son baterías con buena tolerancia al abuso (cortocircuito, sobrecarga…) y son las que más ciclos de carga y descargan soportan (más de 10000).

Como inconvenientes tendríamos el tiempo de carga, el cual tiene que ser bastante elevado si no queremos deteriorar mucho la batería. Aun así, la carga sigue siendo el doble de rápida que las de plomo.

También hay que destacar que en todas las baterías que funcionan con níquel tenemos una tensión por celda bastante reducida (1.2V), por lo que su densidad energética es muy baja (similar a la del plomo).

Baterías de níquel-cadmio

Son un tipo de baterías que ya están en desuso por utilizar cadmio, el cual ha demostrado ser un gran contaminante. Además tienen el llamado efecto memoria de las baterías, por el cual tienden a formarse cristales en su interior y a deteriorarse cuando se hacen ciclos de carga y descarga incompletos.

Su mayor densidad energética hizo que fueran utilizadas doméstica y comercialmente en lugar de las de níquel hierro. Sin embargo, lo comentado arriba sumado a una corta durabilidad, a un elevado tiempo de carga y a que son las que más energía pierden en reposo la hacen una tecnología obsoleta.

Baterías de níquel-metal hidruro

El funcionamiento es muy similar a las de níquel-cadmio, solo que estas sustituyen el cadmio del cátodo por un hidruro metálico.

Sus ventajas respecto a su predecesora es la reducción de los costes y la contaminación (ambos por el cadmio). Además tienen una densidad energética 2-3 veces mayor y un menor efecto memoria. Por esto último su ciclo de vida es mayor y además se cargan en un tiempo similar a las de litio.

Su mayor inconveniente respecto a otro tipo de pilas es que mantiene una gran descarga en reposo (30%)- En 2005 se desarrolló un sistema con menor descarga que se consiguió mejorando el separador de electrodos y optimizando el electrodo positivo.

Baterías de litio-ion

Las baterías de litio-ion están a la cabeza hoy en día en cuanto a rendimiento y parecen que van a seguir siéndolo por muchos más años. Reciben su nombre porque tienen como electrolito una sal de litio, que puede ser diferente según el fabricante para conseguir unas características u otras.

Lo que las hace ser tan deseadas es su alta densidad energética (4 veces mayor a la del plomo), los 3.7 V que genera cada celda, que carecen de efecto memoria y que es un elemento abundante en la corteza terrestre.

Además su uso en ámbitos como las energías renovables y los vehículos eléctricos resulta muy útil por tener una descarga lineal que permite muy bien estimar su voltaje y la carga que almacena.

Con el auge del coche eléctrico y las soluciones de almacenamiento de energía solar de los últimos años, el coste de este tipo de baterías se ha ido reduciendo. Si a esto le sumas que el litio es uno de los materiales más abundantes de la corteza terrestre, tienes el combo perfecto.

Baterías de estado sólido

Estas son un tipo de baterías principalmente en estudio todavía y que prometen revolucionar el mundo del almacenamiento energético en el medio plazo.

Es una batería de litio pero el electrolito es litio en estado sólido, el cual mejora la seguridad y permite una mayor miniaturización manteniendo una alta densidad energética, por lo que su uso principal podría ser en los dispositivos inteligentes del internet de la cosas.

Están construidas con finas capas de material, que hace que el precio de fabricación sea elevado y su problema principal es la dificultad de encontrar un electrolito sólido con alta conductividad de iones. Sin duda es una tecnología que se irá desarrollando con los años y conseguirá introducirse en algún mercado.

Baterías de grafeno

Esta es la última tecnología de la que quiero hablar. En el mundo de la electricidad y la electrónica el grafeno es un material que siempre sale a flote como una revolución. Sin embargo tiene tal dificultad en su obtención que hace que todavía quede algo lejos de la realidad.

Las baterías de grafeno son algo que se está probando en laboratorio, quizá un paso por detrás de las baterías de estado sólido. El quid de la cuestión está en el recubrimiento de los electrodos con una película de grafeno, que por sus características mejora la conductividad, reduce la resistencia (entre 2 y 9 veces) y tiene una mayor respuesta térmica.

Por lo tanto el uso del grafeno de esta manera aumentaría la capacidad de las baterías para sacar corriente (la resistencia en los electrodos normales limitan esta capacidad), aumentaría su ciclo de vida y su regulación resultaría más sencilla. Si quieres saber más tengo una entrada dedicada a las baterías de grafeno.