¿Alguna vez se ha preguntado cómo funciona una batería? Esta fue la pregunta que el inventor italiano Volta se hizo a principios del siglo XIX, lo cual daría lugar a la primera batería. Desde entonces, las baterías han sido constituyentes fundamentales de la tecnología que expande nuestra existencia. Esta lectura le brindará una comprensión detallada de cómo funcionan las baterías, desde los primeros prototipos hasta la tecnología avanzada que se utiliza actualmente.
1. ¿Qué es una Batería?
Una batería es un dispositivo de energía eléctrica. Está compuesta por celdas electroquímicas que almacenan energía y la liberan como electricidad. Esta electricidad alimenta algunos dispositivos como teléfonos móviles, laptop, cámaras digitales, drones, relojes inteligentes, relés, juguetes o cualquier otro dispositivo que requiera energía para funcionar.
Las baterías modernas tienen dos principales tipos de tecnologías, las baterías de metal y las baterías de iones de litio. Las baterías de metal son más económicas y tienen una muy buena duración, son adecuadas para dispositivos pequeños como relojes, controles remotos o juguetes. Por otro lado, las baterías de iones de litio son más ligeras y tienen una excelente duración, por lo tanto son adecuadas para dispositivos más grandes como smartphones, laptops o drones.
Para determinar la cantidad de energía que almacena una batería se usa el concepto de voltios-amperio (VA). Esta unidad mide la cantidad de energía que una batería puede almacenar y entregar a un dispositivo. Cuanto mayor sea la batería en términos de VA, más energía almacenará.
Otro aspecto importante a considerar es el tiempo de carga de la batería. Esto significa cuánto tiempo se necesita para recargar completamente la batería. Los tiempos de carga dependen de muchos factores, como la tecnología, el tamaño de la batería y el nivel de carga que se usa para cargar la batería. Para optimizar los tiempos de carga, es importante seleccionar un nivel de carga adecuado.
2. Componentes Clave de una Batería
1. Acumuladores de energía: Los acumuladores de energía son los elementos clave de una batería. Estos son las únicas partes en las que se proporciona energía por medio de una reacción química a la batería. Existen dos tipos principales de acumuladores:
- acumuladores primarios
- acumuladores secundarios.
2. Células y elementos: Los acumuladores de energía están compuestos por varios elementos. Estos elementos están formados por una o más células. Cada célula contiene un electrolito que está conectado a los electrodos. Los electrodos permiten que la reacción química entre el electrolito y los reactantes produzca energía. Esta energía es la que se utiliza para cargar la batería.
3. Terminales y conectores: Los terminales de la batería se utilizan para conectarla a la corriente de energía. Los conectores de la batería permiten transferir la energía a los dispositivos que consume. Estos conectores deben estar seguros y no deben dañar los componentes de la batería.
4. Protección: La protección de una batería es clave para evitar daños en los componentes electrónicos. Para esto existen varios dispositivos de protección, como fusibles, interruptores de sobrecarga y elementos de control de corriente. Estos dispositivos de protección aseguran que los componentes de la batería no se dañen al recibir una corriente excesiva.
3. Cómo una Batería Proporciona Electricidad
Comprender el concepto de una batería – Una batería es un dispositivo electroquímico que almacena energía eléctrica. Está construida con un material aislante en su interior, dos electrodos y un líquido conductivo, como una solución de ácido sulfúrico diluido. Esto significa que los electrodos se alimentarán de la reacción química entre el ácido y el electrolito y liberarán electrones que serán utilizados para la producción de energía.
Ver cómo una batería produce una corriente eléctrica constante – Cuando se conectan los cables al alambrado externo, las reacciones químicas liberen el flujo de electrones que alimentarán el sistema. Esta corriente es constante y se puede controlar con la misma facilidad que se utilizan para regular, aumentar y disminuir la tensión de la corriente.
Cómo una batería proporciona protección contra sobrecargas y picos de tensión – La batería también puede usarse para proporcionar protección contra sobrecargas y picos de tensión, lo que permite a los dispositivos eléctricos funcionar de forma segura. Las baterías tienen una estructura construida que filtra los sobrevoltajes y sobretensiones. Esto impide que los dispositivos eléctricos se sobrecarguen o se sobreestimen.
Generar una fuente de alimentación ininterrumpida – Las baterías también pueden ofrecer suministro ininterrumpido para los dispositivos eléctricos durante apagones y otros eventos catastróficos. Esto ayuda a los dispositivos a seguir funcionando sin demoras. Esta función generalmente se usa en sistemas de procesamiento de datos para mantener la actividad de los equipos sin pausas durante los apagones.
4. Tipos de Baterías en Uso común
Batería de Níquel-Cadmio (Ni-Cd), conocidas comúnmente como «níquel-cadmio», son baterías de iones de litio recargables de alta capacidad, muy eficientes, con una vida útil de 10 años. Usualmente se encuentran en juegos electrónicos, motores de bajo voltaje y equipos médicos. Se cargan rápidamente, permitiendo ciclos profundos (descargas muy profundas). Aunque la capacidad es superior a la del resto, tienen una mayor resistencia interna, lo que provoca pérdidas de energía en la batería durante su uso.
Baterías de Litio-Ión (Li-Ion) se trata de una versión mejorada y mucho más barata, y más común en uso (sobre todo en teléfonos celulares). Esta batería también ofrece altas capacidades de energía, 2 a 4 veces más que una batería Ni-Cd. Posee además bajas resistencias internas, por lo tanto ofrece mucha más energía que una Ni-Cd con la misma tensión.
Batería de Litio-Polímero (LiPo) es una variante de batería de iones de litio, formada principalmente de polímeros. Usualmente se encuentran en teléfonos celulares, tablets, computadoras portátiles y cámaras digitales. Esta batería ofrece flexibilidad y facilidad de uso, y es menos vulnerable a la explosión que su batería convencional. Esta batería también tiene una mayor capacidad de energía que una Ni-Cd o una Li-Ion, por lo tanto es ideal para aplicaciones de alto consumo de energía, tales como teléfonos y tabletas.
Batería de Ácido-Plomo (PbA) es una batería similar a la Ni-Cd, pero con una mayor capacidad. Esta batería se usa comúnmente en centros de datos, sistemas de seguridad y sistemas de control de energía. PbA también son resistentes a las vibraciones y poseen una vida útil óptima si se les mantiene a temperaturas bajas. Sin embargo, la resistencia interna es mayor que en los demás tipos de baterías, lo que provoca menor cantidad de energía disponible.
5. Diferencias entre Baterías Primarias y Secundarias
Baterías Primarias: Son aquellas que no son recargables, como las canicas, se agotan una vez que han sido usadas y requieren de una sustitución. Estas generalmente emplean químicos como el plomo o el litio. Tienden a tener un voltaje por batería más bajo que sus contrapartes recargables, y suelen ser de abastecimiento limitado.
Baterías Secundarias: Estas son recargables, tienen capacidades diferentes acorde a su tamaño y generalmente, se componen de una combinación de materiales químicos que, cuando se cargan, ceden el peso de sus cargas. Su voltaje por batería es generalmente mayor que el de una batería primaria y a menudo pueden obtenerse recargables para varias cargas.
Duración: La duración de una batería primaria depende de su química, sin embargo normalmente suelen durar entre unas cuantas horas o días. Las baterías secundarias pueden durar hasta unas pocas semanas, si se les carga de forma adecuada.
Coste: Las baterías primarias suelen ser más baratas que las baterías secundarias, ya que estas últimas son un producto recargable. El precio a menudo se reduce con el volumen y lo barato y conveniente que resulta tener una batería recargable.
6. Optimización de Rendimiento de una Batería
1. Mantenga la temperatura de la batería a un nivel adecuado
La temperatura de la batería debe mantenerse a un nivel adecuado para obtener un rendimiento óptimo. Se recomienda que la temperatura no exceda los 40ºC. Esto se puede lograr guardando la batería en una sala limpia, con buena ventilación. Si mantiene la batería en un entorno demasiado cálido, puede provocar sobrecalentamiento de la batería y disminuir su vida útil.
2. Cargue la batería completamente
La carga completa y regular evita que la batería sufra un desgaste prematuro. La mejor forma de mantener el rendimiento de la batería es permitir que la batería se descargue por completo y cargarla nuevamente hasta el nivel completo. Esto generalmente se puede lograr en 8 a 12 horas. Se recomienda cargar la batería durante la noche, ya que no se utilizará mientras esté conectada a la carga.
3. Utilice el cable de cargador adecuado
El uso de un cable de cargador inadecuado puede dañar la batería de la computadora portátil. Utilice siempre el cable de cargador adecuado según el fabricante, para que la batería se cargue correctamente y no se sobrecargue.
4. Elimine los programas y los servicios innecesarios
Motivar a la computadora a trabajar con programas y servicios innecesarios aumenta el consumo de energía, disminuirá el tiempo de funcionamiento de la batería y, en última instancia, bajará el rendimiento de la batería. Para evitar esto, desinstale los programas y servicios que no necesite y empíricamente defragmente el disco duro y ejecute tareas similares. Estas medidas mejorarán el rendimiento de la batería de su computadora portátil.
7. Las Limitaciones de una Batería
Una batería puede ser una herramienta esencial para alimentar dispositivos electrónicos tales como teléfonos móviles, computadoras portátiles, tableta, así como otros dispositivos con baterías recargables. La vida útil de una batería depende de varios factores, incluyendo el diseño de la batería, la calidad de los materiales, el mantenimiento y carga adecuada, así como el uso de la batería en general. Sin embargo, a pesar de todos los factores, hay algunas limitaciones comunes de las baterías que los usuarios deben tener en cuenta para maximizar la vida útil de la batería.
Capacidad. Una limitación común de las baterías es su capacidad máxima, que es el total de energía que la batería puede almacenar. Esto limita directamente el tiempo de duración de un dispositivo con batería, ya que una vez la batería se descarga, la batería deberá ser recargada de nuevo para seguir siendo útil. Algunos dispositivos pueden necesitar un poco más que la capacidad máxima de la batería para una duración óptima.
Vida útil. La vida útil de una batería representa el número de ciclos de carga y descarga completos que una batería puede tolerar. Cuando una batería agota su vida útil, comenzará a perder presión y consumir energía más rápidamente, comprometiendo así su rendimiento. Esto significa que una batería puede durar mucho menos que su tiempo de duración promedio. El mantenimiento adecuado, el uso moderado y un buen cuidado pueden ayudar a prolongar la vida útil de la batería.
Autodescarga. La autodescarga es el fenómeno en el que una batería consume lentamente su carga incluso cuando no se está usando. Esto significa que si una batería se deja sin usar durante un período prolongado de tiempo, la batería puede descargarse y necesitar una recarga. Algunos dispositivos modernos pueden tener un modo de espera para evitar la autodescarga, siempre y cuando esté conectada a una fuente de energía. Los dispositivos también pueden tener un modo de espera para evitar gastar la batería.
Calidad de los materiales. La calidad de los materiales utilizados en una batería también limita la vida útil de la batería. Las baterías fabricadas con materiales de baja calidad, como materiales baratos y componentes débiles, tendrán menor vida útil y pueden sufrir un desgaste y deterioro prematuros. Por otro lado, las baterías fabricadas con materiales de alta calidad pueden ofrecer una prolongada vida útil, así como un alto rendimiento en términos de capacidad.
8. El Futuro de la Tecnología de Baterías
Como la tecnología avanza rápidamente, la velocidad con la que la tecnología de baterías también está aumentando. Los avances en la tecnología de baterías están cambiando la forma en que vivimos en el mundo de hoy, ya que proporcionan energía a una variedad de productos y aparatos eléctricos. Los avances en esta tecnología incluyen baterías más delgadas, más seguras y más pequeñas, así como baterías con mayor capacidad de energía. se ve prometedor, ya que cada vez hay más avances para mejorar su rendimiento y poder.
Tecnología de litio-ion
Una de las últimas tecnologías de baterías aterrizadas es la tecnología de iones de litio. Esta tecnología se ha convertido en la forma más común y moderna de proporcionar energía eléctrica. Estas baterías se utilizan en teléfonos inteligentes, computadoras portátiles, drones, robots y una variedad de otros dispositivos electrónicos. Estas baterías ofrecen una gama de avances sobre las baterías anteriores, como una mayor densidad de energía, una mayor vida útil y una mejor resistencia a los cortocircuitos.
Baterías de ácido de plomo
Las baterías de ácido de plomo (Pb) son baterías recargables que se utilizan principalmente en aplicaciones de almacenamiento de energía. Esta tecnología es una de las más antiguas y aún se utiliza hoy en día. Estas baterías se hacen de láminas de plomo mezcladas con una solución ácida. Estas baterías tienen una buena resistencia a la corrosión, lo que significa que pueden durar muchos años si se mantienen correctamente. Además tienen una gran resistencia a los cortocircuitos y son baratas de fabricar, por lo que pueden ser una solución atractiva para algunas aplicaciones.
Baterías de litio-fosfato
Las baterías de litio-fosfato (LiFePO4) son una tecnología emergente en el área de la tecnología de baterías. Estas baterías utilizan un compuesto de litio-fosfato como material de electrolito, lo que las hace más seguras y más eficientes. Estas baterías se pueden cargar mucho más rápido que sus equivalentes de ácido de plomo y tienen una mayor capacidad para almacenar energía. Estas baterías también tienen ventajas tales como una mayor resistencia a la vibración, una mayor durabilidad y una mayor eficiencia de la energía.
A pesar de que cada batería es un poco diferente, saber cómo funcionan las baterías es un paso importante para mantener eléctricamente realizadas las actividades diarias. Desde el uso del teléfono móvil hasta el almacenamiento de energía para un kit de emergencia solar, entender cómo funcionan las baterías es la clave para una gestión adecuada de la energía y la potencia. Por todo esto, es importante estar informado de las diversas características y el mantenimiento adecuado de las baterías y así poder sacarles el máximo provecho.