El plomo y el ácido son dos cosas que la mayoría de las personas saben lo suficientemente bien como para evitarlas. El plomo es un metal pesado que puede causar una larga lista de problemas de salud, y el ácido es, bueno, ácido. La mera mención de la palabra evoca imágenes de líquidos verdes burbujeantes y científicos enloquecidos por la dominación del mundo.
Pero al igual que el chocolate y la mantequilla de maní, el plomo y el ácido no parecen ir juntos, pero lo hacen. Sin plomo y ácido, no tendríamos baterías de automóviles, y sin baterías de automóviles, no tendríamos ninguno de los accesorios modernos, o necesidades básicas, como faros, que requieren un sistema eléctrico para funcionar. Entonces, ¿cómo, exactamente, estas dos sustancias mortales se juntan para formar la base sólida de los sistemas electrónicos automotrices? La respuesta, para pedir prestado un giro de frase, es elemental.
La ciencia del almacenamiento de energía eléctrica.
Las baterías eléctricas son simplemente recipientes de almacenamiento que son capaces de mantener una carga eléctrica y luego descargarla en una carga. Algunas baterías son capaces de producir una corriente eléctrica a partir de sus componentes básicos tan pronto como se ensamblan. Estas baterias se llaman baterías primarias , y normalmente se eliminan una vez que la carga se ha agotado. Las baterías de automóviles se ajustan a una categoría diferente de baterías eléctricas que se pueden cargar, descargar y recargar una y otra vez. Estas baterías secundarias Utilice una reacción química reversible que difiere de un tipo de batería recargable a otra.
En términos que la mayoría de las personas pueden entender, las baterías AA o AAA que compra en la tienda, adhieren a su control remoto y luego las tiran cuando mueren son baterías primarias. Se ensamblan, típicamente a partir de celdas de dióxido de zinc o carbono y dióxido de manganeso, y son capaces de proporcionar corriente sin carga. Cuando mueren, los tiras, o los desechas adecuadamente, si lo prefieres.
Por supuesto, puede comprar esas mismas baterías AA o AAA en una forma "recargable" que cuesta más. Estas baterías recargables suelen utilizar celdas de níquel-cadmio o hidruro de níquel-metal. A diferencia de las baterías "alcalinas" tradicionales, las baterías NiCd y NiMH no son capaces de proporcionar corriente a una carga durante el ensamblaje. En su lugar, se aplica una corriente eléctrica a las células, lo que provoca una reacción química dentro de la batería. Luego coloca la batería en su control remoto y, cuando se agota, la coloca en un cargador y la aplicación de una corriente revierte el proceso químico que ocurrió durante la descarga.
Las baterías de automóviles, que utilizan plomo y ácido sulfúrico en lugar de oxihidróxido de níquel y una aleación absorbente de hidrógeno, son similares a las baterías de NiMH en su función. Cuando se aplica una corriente eléctrica a la batería, se produce una reacción química y se almacena una carga eléctrica. Cuando se conecta una carga a la batería, esa reacción se invierte y se proporciona una corriente a la carga.
Almacenando energía con plomo y ácido
Si usar plomo y ácido para almacenar una carga eléctrica suena arcaico, lo es. La primera batería de plomo-ácido se inventó en la década de 1850 y la batería de su automóvil utiliza los mismos principios básicos. Los diseños y materiales han evolucionado a lo largo de los años, pero la misma idea básica está en juego.
Cuando se descarga una batería de plomo-ácido, el electrolito se convierte en una solución muy diluida de ácido sulfúrico, lo que significa que es en su mayoría h20 con un poco de H2SO4 flotando. Las placas de plomo, habiendo absorbido el ácido sulfúrico, se convierten principalmente en sulfato de plomo. Cuando se aplica una corriente eléctrica a la batería, este proceso se invierte. Las placas de sulfato de plomo se vuelven (en su mayoría) nuevamente al plomo, y la solución diluida de ácido sulfúrico se concentra más.
Esta no es una forma muy eficiente de almacenar energía eléctrica, en términos de qué tan grandes y pesadas son las celdas en comparación con la cantidad de energía que almacenan, pero las baterías de plomo-ácido todavía están en uso por dos razones. La primera es una cuestión de economía; Las baterías de plomo-ácido son mucho más baratas de fabricar que cualquier otra opción. La otra razón es que las baterías de plomo-ácido son capaces de proporcionar enormes cantidades de corriente a la vez, lo que las hace especialmente adecuadas para usar como baterías de arranque.
¿Qué tan superficial es tu ciclo?
Las baterías de automóviles tradicionales a veces se conocen como Baterías sli , donde "SLI" significa arranque, iluminación y encendido. Esta abreviatura ilustra bastante bien los propósitos principales de una batería de automóvil, ya que el trabajo principal de cualquier batería de automóvil es hacer funcionar el motor de arranque, las luces y el encendido antes de que el motor esté en marcha. Una vez que el motor está en marcha, el alternador proporciona toda la energía eléctrica necesaria y la batería se recarga.
Este tipo de uso es un tipo de ciclo de trabajo superficial, ya que proporciona una breve ráfaga de una gran cantidad de corriente, y eso es lo que las baterías de automóviles están específicamente diseñadas para hacer. Teniendo esto en cuenta, las baterías modernas para autos contienen placas muy finas de plomo, lo que permite una máxima exposición al electrolito y proporciona el amperaje más alto por períodos cortos. Este diseño es necesario debido a los enormes requisitos actuales de los motores de arranque.
A diferencia de las baterías de arranque, las baterías de ciclo profundo son otro tipo de batería de plomo-ácido diseñada para un ciclo "más profundo".La configuración de las placas es diferente, por lo que no son adecuadas para proporcionar grandes cantidades de corriente bajo demanda. En su lugar, están diseñados para proporcionar menos energía durante períodos de tiempo más largos. El ciclo es "más profundo" porque es más largo, más que debido a que la descarga general es más grande. A diferencia de las baterías de arranque, que se recargan automáticamente después de cada uso, las baterías de ciclo profundo se pueden descargar lentamente, a un nivel seguro, antes de volver a cargarlas. Al igual que las baterías de arranque, las baterías de plomo ácido de ciclo profundo no deben descargarse por debajo del nivel recomendado para evitar daños permanentes.
Paquete diferente, misma tecnología
Aunque la tecnología básica detrás de las baterías de plomo-ácido se ha mantenido más o menos igual, los avances en materiales y técnicas han resultado en varias variaciones. Las baterías de ciclo profundo, por supuesto, usan una configuración de placa diferente para permitir un ciclo de trabajo más profundo. Otras variaciones llevan las cosas aún más lejos.
El mayor avance en la tecnología de baterías de plomo-ácido probablemente ha sido las baterías de plomo-ácido reguladas por válvula (VRLA). Todavía usan plomo y ácido sulfúrico, pero no tienen células húmedas "inundadas". En su lugar, utilizan células de gel o una esterilla de vidrio absorbido (AGM) para el electrolito. El proceso químico es el mismo a un nivel básico, pero estas baterías no están sujetas a gaseado, como lo son las baterías de celda inundada, ni son vulnerables a fugas si se inclinan.
Aunque las baterías VRLA tienen una serie de ventajas, son mucho más caras de producir que las baterías de células inundadas tradicionales. Por lo tanto, aunque la tecnología sigue avanzando, es probable que continúe manejando con tecnología de punta de la década de 1860 bajo su capó por algún tiempo, a menos que se vuelva eléctrico. Pero eso es un asunto completamente diferente en términos de baterías.
