Cómo el diseño de las placas de las celdas contribuye a la evolución de una tecnología de baterías ya consolidada
Es sorprendente pensar que la historia de las baterías de plomo-ácido inundadas (FLA) de ciclo profundo se remonta a 150 años, pero estas baterías siguen siendo las opciones de alimentación más rentables, fiables y sostenibles que se utilizan en la actualidad. La idea de las placas de plomo sumergidas en un electrolito ácido parece bastante sencilla, pero los pequeños avances en su diseño siguen haciendo que la batería FLA sea una opción muy popular en una gran variedad de sectores.
Mejora de las placas de rejilla
Superar los límites de una tecnología centenaria para adaptarse a las exigencias de los equipos modernos es un paso importante para fabricantes de baterías como U.S. Battery. A medida que aumenta la demanda de una autonomía mayor y tiempos de carga más cortos, los fabricantes deben seguir explorando formas de mejorar la composición química de las baterías FLA. U.S. Battery descubrió que los límites del diseño se manifestaban en la inevitable corrosión que se producía en las placas de la rejilla de la célula positiva de la batería.
Estas placas de rejilla se fabricaban normalmente con una aleación de plomo reciclada, un metal blando compuesto por plomo y antimonio, una mezcla de plomo y otros metales que se añadía para mejorar la resistencia y la conductividad eléctrica.
Mediante una serie de pruebas, U.S. Battery descubrió que añadir selenio a la mezcla de plomo y antimonio refinaba los granos de plomo a nivel microscópico. Esto dio lugar a una aleación de plomo más fina, con mayor resistencia mecánica y mayor resistencia a la corrosión que las aleaciones convencionales de plomo y antimonio. El efecto de estas nuevas mejoras en la aleación de las rejillas eliminó la corrosión de las rejillas positivas como principal causa de fallo en las baterías FLA y contribuyó a mejorar la vida útil de la batería.
Cultivo de cristales de sulfato de plomo
La composición básica de una batería consiste en placas positivas y negativas que, al sumergirse en un electrolito, producen una corriente eléctrica. Los materiales activos de las placas positivas se han ido mejorando constantemente a lo largo de las décadas. En la actualidad, la mayoría se fabrican a partir de una mezcla de óxido de plomo, ácido sulfúrico y diversos aditivos, con la que se forma una pasta que se añade a la aleación de la rejilla de plomo y se seca para formar una celda de batería.
Este proceso se denomina «Hydroset» y consiste en un proceso de curado y secado utilizado en la fabricación de placas para baterías de plomo-ácido. Históricamente, los electrodos positivos se han procesado mediante este procedimiento, diseñado para hacer crecer cristales de sulfato de plomo tetrabásico (TTBLS) sobre las placas con el fin de proporcionarles resistencia y que puedan soportar la expansión y contracción constantes de los materiales activos durante los ciclos normales de carga y descarga de la batería. Este proceso de crecimiento de cristales presentaba limitaciones a la hora de controlar el rango de tamaños de los cristales de TTBLS, lo que provocaba que algunos fueran más grandes que otros. El crecimiento de los cristales dependía de muchos factores, como el tiempo, la temperatura, la humedad, etc., por lo que los tamaños de los cristales de TTBLS finales siempre eran impredecibles. Esto se consideraba un factor limitante para la autonomía total de la batería con una sola carga, el tiempo necesario para alcanzar la carga completa y la vida útil total de la batería.
Los ingenieros de U.S. Battery trabajaron en métodos para mejorar el proceso Hydroset mediante la introducción de aditivos de siembra de cristales. Esto modificó la amplia gama de tamaños de los cristales, lo que permitió un crecimiento más controlado hasta alcanzar los niveles deseados. La capacidad de controlar de forma uniforme el tamaño de los cristales en la estructura TTBLS se tradujo en una mayor capacidad inicial, un ciclo más rápido hasta alcanzar la capacidad nominal, una mayor capacidad máxima y un mejor rendimiento de carga en una amplia gama de tecnologías modernas de cargadores de baterías. U.S. Battery denominó a este proceso «Xtreme Capacity» y lo incorporó a toda su línea de productos de baterías de ciclo profundo FLA.
Materiales orgánicos avanzados
Se han logrado nuevas mejoras gracias a la incorporación de materiales orgánicos, como aditivos de carbono —por ejemplo, grafito avanzado, grafeno y nanocarbones—, a una mejor aceptación dinámica de la carga y a la sulfatación controlada en las placas negativas de las baterías de ciclo profundo de tipo FLA. Los aditivos de carbono también evitaron la tendencia natural del material activo negativo a contraerse o aglutinarse durante los ciclos de carga y descarga, lo que reducía la capacidad y la vida útil de la batería.
Los recientes avances en estos materiales de carbono han abierto nuevas oportunidades para hacer frente a varias limitaciones de rendimiento de las baterías de plomo-ácido de FLA. Una de ellas se da en las aplicaciones de almacenamiento de energía, donde la carga impredecible procedente de la energía solar, eólica y otras fuentes de energía renovables ha permitido avances en cuanto a fiabilidad y capacidad de almacenamiento de energía.
Una fuente de energía viable
Las mejoras introducidas a lo largo de las últimas décadas en las baterías FLA de ciclo profundo siguen convirtiéndolas en una fuente de energía viable para muchos sectores. Con un mantenimiento y unos cuidados adecuados, las baterías FLA son adecuadas para empresas y particulares que buscan ahorrar y resultan útiles en situaciones en las que el peso no es un factor determinante. En estos casos, la batería FLA moderna presenta unos costes iniciales más bajos, ha demostrado ser una tecnología fiable, es reciclable casi al 100 % —lo que la hace ideal para iniciativas ecológicas— y es muy resistente.