Batería

Fiabilidad

¿Qué significa batería?

Una batería es una fuente de energía formada por una o varias celdas electroquímicas y unos terminales en ambos extremos llamados ánodo (-) y cátodo (+). Las células electroquímicas transforman la energía química en energía eléctrica. Dentro de la batería hay un electrolito, a menudo formado por sales solubles o ácidos, que sirve como medio conductor, permitiendo que la carga eléctrica se desplace por la batería.

Cuando una batería está desconectada, la carga en los extremos positivo y negativo es igual, lo que significa que no hay corriente eléctrica. Cuando se conecta a una resistencia o dispositivo exterior, la pila experimenta un desequilibrio de carga que empuja electrones a través del material conductor del dispositivo hacia el extremo positivo de la pila. Pero mientras que los electrones -o la carga negativa- son los que se mueven por el circuito, la corriente eléctrica se mide siguiendo la dirección de la carga positiva, que fluye del extremo positivo al negativo dentro de la pila, y viceversa fuera de ella.

Dependiendo de su voltaje y carga, una sola batería puede alimentar desde el motor de un coche o un ordenador hasta un teléfono móvil o una bombilla. Cuando se trata de la mayoría de los aparatos electrónicos, trabajar con un voltaje incorrecto podría hacer que tu aparato no se encendiera o correr el riesgo de freír sus componentes eléctricos, a veces sin posibilidad de reparación.

Una batería con el voltaje adecuado podría alimentar un aparato sin entorpecer su funcionamiento ni dañar su hardware. Además, dependiendo del consumo de energía del aparato y de la carga de la batería, una sola carga de batería podría durarte desde unas horas hasta varios días.

Definición de batería

Hay baterías de todas las formas y tamaños que se adaptan a distintas necesidades. Van desde las pilas en miniatura que se utilizan en relojes de pulsera y audífonos hasta las de varios metros de ancho, que sirven como recurso energético de emergencia o almacenan energía renovable procedente de centrales solares y parques eólicos.

Benjamin Franklin acuñó la palabra «batería» para referirse a los condensadores conectados en sus experimentos, pero fue Alexandro Volta quien desarrolló la primera pila «de verdad», en 1800. Desde entonces, la utilidad y ubicuidad de estas pilas de energía no ha dejado de aumentar.

En general, las baterías se clasifican en pilas primarias o secundarias, según el tipo de celdas electroquímicas que las componen.

Baterías primarias

Las pilas primarias, también conocidas como pilas no recargables, son pilas desechables que sólo pueden utilizarse una vez. Esto se debe a que las reacciones químicas que producen electricidad en sus celdas electroquímicas no pueden invertirse. Los materiales que reaccionan juntos para producir energía eléctrica no pueden volver a su estado original, anterior a la reacción.

Estas pilas se suelen utilizar en aparatos portátiles que no requieren mucha energía, como mandos a distancia y juguetes infantiles. Las pilas desechables se utilizan mucho porque son cómodas, baratas, requieren poco o ningún mantenimiento y son fiables en caso de emergencia.

Pero no todas las pilas desechables son iguales. Los componentes de las celdas electroquímicas de una pila desempeñan un papel importante en su rendimiento y aplicaciones. Las pilas de zinc-carbono son el tipo más común, gracias a su bajo coste y rendimiento fiable. En comparación, pilas como las alcalinas y las de óxido mercúrico sirven a un público más especializado. Son más caras que sus homólogas de zinc-carbono, pero son más estables y pueden funcionar en entornos y condiciones meteorológicas extremas, y tienen una vida útil más larga en general.

Baterías secundarias

Las baterías secundarias son baterías recargables que pueden utilizarse más de una vez, pero tienen una vida útil determinada. Debido a su durabilidad y a su capacidad para proporcionar mayores cantidades de energía, se suelen utilizar en dispositivos más grandes, como ordenadores portátiles, tabletas e incluso coches. Después de que una pila recargable agote su energía electroquímica, una corriente eléctrica externa puede invertir las sustancias químicas y devolverlas a su estado original, listas para repetir de nuevo el ciclo de producción de electricidad. Al igual que los dispositivos eléctricos, al recargar pilas secundarias, el cargador debe proporcionar el voltaje adecuado para la pila. Un voltaje demasiado alto podría acortar drásticamente la vida útil de la batería, provocar un incendio o arruinar sus celdas electroquímicas.

En cuanto a los batería de pilas recargables, se dividen, según su composición química y el estado del electrolito, en pilas húmedas y pilas secas. Las pilas húmedas son el tipo más antiguo de pilas recargables. Contienen electrolito líquido con dos electrodos sumergidos en él, que actúan como ánodo y cátodo de la pila. Las pilas húmedas se utilizan a menudo en sectores exigentes como la aviación, el almacenamiento eléctrico, las torres de telefonía móvil y las compañías eléctricas, ya que son asequibles y duraderas en las circunstancias adecuadas.

Las batería secas no son totalmente secas, a pesar de su nombre. Su electrolito consiste en una pasta con la humedad justa para permitir el paso de los electrones. Son el tipo recargable que se suele utilizar en aparatos electrónicos portátiles como teléfonos y ordenadores portátiles, ya que se consideran más seguras. Las baterías de ión-litio (Li-ion o LIB) son el tipo de baterías recargables más utilizado. Cuando se optimizan, su densidad energética puede aumentar un 56,8%, lo que les confiere la mayor relación potencia-peso, permitiéndoles ser compactas sin dejar de proporcionar energía de forma eficiente.

Estudios recientes también han descubierto que se puede evitar que las baterías de ión-litio se deterioren administrándoles pulsos cortos e intermitentes de alta corriente durante su uso.
Otros tipos son las baterías de níquel-metal híbrido (NiMH), níquel-zinc (NiZn) y níquel-cadmio (NiCd). Al igual que las baterías desechables, varían en capacidad y durabilidad. A menudo se prefieren las baterías de NiMH a las de NiCd por su mayor capacidad y la ausencia de metales tóxicos. Sin embargo, las baterías de NiCd se siguen utilizando mucho en equipos médicos y herramientas eléctricas por su mayor vida útil.

Aplicación de la batería

Las baterías se encuentran en una gran variedad de dispositivos que usamos diariamente, y su importancia crece a medida que avanzan las tecnologías. Algunos ejemplos incluyen:

  1. Electrodomésticos: Muchos aparatos del hogar, como cámaras de seguridad, linternas, relojes de pulsera y termómetros dependen de baterías para funcionar.
  2. Dispositivos portátiles: Los teléfonos móviles, portátiles, y otros gadgets electrónicos portátiles utilizan baterías recargables, principalmente de iones de litio.
  3. Transporte: Los coches eléctricos y las bicicletas eléctricas, se alimentan con baterías de litio, que les proporcionan una autonomía considerable para desplazamientos urbanos y largos viajes.
  4. Energía renovable: Las baterías de almacenamiento, como las de ion-litio, se utilizan para almacenar la energía generada por fuentes renovables como los paneles solares y las turbinas eólicas.
  5. Aplicaciones industriales: Las baterías también se utilizan en sectores industriales, como en las telecomunicaciones, donde las baterías aseguran que los equipos sigan funcionando durante un corte de energía.

Impacto ambiental de la batería

El uso de baterías tiene un impacto ambiental importante, especialmente en baterías desechables. Aunque son convenientes, las pilas no recargables pueden contribuir significativamente a la acumulación de residuos peligrosos porque contienen metales pesados como el mercurio, el cadmio y el plomo. Estos materiales son perjudiciales para el medio ambiente y pueden contaminar los suelos y el agua si no se gestionan adecuadamente.

Para reducir este impacto, es crucial el reciclaje de las baterías. Muchas baterías, incluidas las de ión-litio y las de níquel-cadmio, pueden reciclarse para recuperar materiales como el litio, el cobalto, el níquel y el manganeso, los cuales son fundamentales para la fabricación de nuevas baterías.

Además, en muchos países, existen centros de reciclaje especializados para recoger y procesar las baterías usadas de manera segura.

Desafíos de la batería

Las baterías, a pesar de ser indispensables en nuestro día a día, enfrentan diversos retos que limitan su desempeño y sostenibilidad.

Uno de los principales desafíos es su duración limitada, ya que con el tiempo y el uso continuo se deterioran. Además, su rendimiento se puede ver afectado por temperaturas extremas: el frío las ralentiza y el calor acelera su desgaste.

El impacto ambiental es otro aspecto crítico. La extracción de materiales como el litio y el cobalto no solo agota recursos naturales, sino que también genera desechos tóxicos al desecharlas incorrectamente. A esto se suma el riesgo de seguridad; las baterías de alta densidad energética, como las de iones de litio, pueden sobrecalentarse y, en casos extremos, incendiarse o explotar.

Por último, aunque la tecnología avanza, las baterías actuales también enfrentan problemas de coste y escalabilidad, especialmente en el almacenamiento de energía renovable, donde su papel es clave para un futuro sostenible.

Mejores baterías 2024

Las baterías más potentes no solo están definidas por su material, sino por sus modelos y aplicaciones en industrias, como en el caso de vehículos eléctricos, almacenamiento de energía y dispositivos electrónicos avanzados. He aquí algunos de los modelos más destacados:

1. Tesla 4680

Las baterías Tesla 4680 están diseñadas para mejorar la eficiencia y reducir el costo de producción en comparación con las baterías de iones de litio tradicionales. Son conocidas por su capacidad para almacenar una gran cantidad de energía en un formato más grande y eficiente.

Características:

  • Mayor densidad energética que las versiones anteriores.
  • Mejora la autonomía de los vehículos eléctricos de Tesla.
  • Diseño de celda de mayor tamaño que reduce los costos de producción.

Ventajas:

  • Incrementa la autonomía de los vehículos eléctricos, alcanzando hasta 500 millas por carga en modelos como el Tesla Cybertruck.
  • El proceso de fabricación optimizado reduce el costo y aumenta la eficiencia de la producción.

Desventajas:

  • Aún no se han implementado completamente en todos los modelos de vehículos Tesla.
  • La producción masiva y escalabilidad todavía están en desarrollo.

2. Baterías QuantumScape 

QuantumScape es una empresa que ha sido pionera en baterías de estado sólido. Esta promete superar a las baterías tradicionales de iones de litio. Sin embargo, aún está en fase de prueba, pero son vistas como las más prometedoras para el futuro.

Características:

  • Utiliza electrolitos sólidos en lugar de líquidos.
  • Altamente eficientes y seguras, con mayor capacidad de almacenamiento.
  • Potencial para ser más ligeras y compactas.

Ventajas:

  • Mayor densidad energética que las baterías de litio tradicionales.
  • Más seguras, ya que no son propensas a incendiarse ni a sobrecalentarse.
  • Pueden durar mucho más tiempo sin perder capacidad.

Desventajas:

  • Aún está en desarrollo.
  • No está disponibles comercialmente.
  • La producción masiva es un desafío y los costos todavía son elevados.

3. LG Chem RESU

La LG Chem RESU es una batería de almacenamiento de energía para aplicaciones residenciales, especialmente en sistemas solares. Su popularidad ha crecido debido a su fiabilidad y la alta capacidad de almacenamiento, ideal para hogares que buscan almacenar energía renovable.

Características:

  • Capacidad de hasta 16 kWh.
  • Compatible con sistemas solares domésticos.
  • Alta eficiencia de conversión energética.

Ventajas:

  • Permite a los hogares reducir su dependencia de la red eléctrica.
  • Diseñada para resistir ciclos de carga y descarga frecuentes sin perder eficiencia.
  • Ideal para almacenar energía renovable, aumentando la sostenibilidad.

Desventajas:

  • Relativamente costosa para la mayoría de los hogares.
  • Requiere de una instalación profesional y, en algunos casos, de un inversor adicional.

4. Porsche Taycan Performance Battery Plus

La batería Performance Battery Plus de Porsche está diseñada específicamente para su modelo Taycan.

Características:

  • 93.4 kWh de capacidad.
  • Permite una autonomía de más de 500 km por carga.
  • Carga ultrarrápida con hasta 270 kW.

Ventajas:

  • Alta autonomía, permite largas distancias con una sola carga.
  • Carga rápida, capaz de alcanzar el 80% de la carga en menos de 30 minutos.
  • Optimización para alto rendimiento, ideal para un coche deportivo eléctrico.

Desventajas:

  • Precio elevado de la batería, que se refleja en el precio total del vehículo.
  • No es adecuada para vehículos más económicos o de uso general.

5. BYD Blade Battery

La Blade Battery de BYD es una batería de litio-fosfato de hierro, diseñada para vehículos eléctricos y dispositivos de almacenamiento de energía.

Características:

  • Estructura de celdas largas, en forma de hoja, para mejorar la seguridad.
  • Densidad energética optimizada para mayor autonomía y seguridad.
  • Material más barato y abundante que el litio tradicional.

Ventajas:

  • Mucho más segura que las baterías tradicionales, con menos riesgo de incendio.
  • Mayor vida útil, con hasta 1,500 ciclos de carga.
  • Costos de producción más bajos, lo que podría hacerla más accesible para el mercado masivo.

Desventajas:

  • Menor densidad energética en comparación con algunas baterías de iones de litio.
  • Su uso está más enfocado en vehículos eléctricos de menor gama y almacenamiento de energía.

Preguntas frecuentes

¿Qué significa batería?

¿Para qué sirve la batería?

¿Cuál es la diferencia entre una batería primaria y una batería secundaria?

¿Dónde se desechan las baterías usadas?

¿Cuál es la batería más potente del mundo?

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Margaret Rouse
Technology Expert
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Margaret Rouse es una galardonada escritora técnica y profesora conocida por su habilidad para explicar temas técnicos complejos a una audiencia de negocios no técnica. Durante los últimos veinte años, sus explicaciones han aparecido en sitios web de TechTarget y ha sido citada como autoridad en artículos del New York Times, Time Magazine, USA Today, ZDNet, PC Magazine y Discovery Magazine. La idea de diversión de Margaret es ayudar a profesionales de TI y negocios a aprender a hablar los idiomas altamente especializados de cada uno. Si tienes una sugerencia para una nueva definición o cómo mejorar una explicación técnica,…