jueves, 9 de marzo de 2017

Deterioro de las baterías por voltajes altos o bajos (I)



Resultado de imagen de generadores de radioisótoposEl corazón de cualquier vehículo eléctrico es su batería, pues en ella no sólo se almacena la energía, sino que se producen las reacciones químicas que generan la electricidad, la más preciada de las formas energéticas, por su limpieza y versatilidad.

Cuando se adquiere una batería, el vendedor debe informar de cual es el patrón de carga óptimo, de cuáles son las consecuencias de utilizar determinadas tasas de carga y de descarga y en definitiva de cómo de debe utilizar la batería a lo largo de su vida y qué podemos esperar de ella en función de cada condición de uso. Ello nos permitirá también cuidarlas mejor.

Nuestras baterías son delicadas, como cualquier ingenio humano sofisticado y requieren cuidados, no nos cansamos de decirlo; pero no sólo para que duren más, sino para que el vehículo rinda mejor, posea mejores prestaciones.

Los mayores enemigos de las baterías son:

-El calor.
-El voltaje elevado.
-El voltaje bajo.

Respecto al calor, en este artículo sólo vamos a comentar que para las baterías de litio, se considera calor elevado a una temperatura tan moderada como 30ºC y que por encima, comienzan los problemas ... o la merma del rendimiento.

Voltaje elevado

Debemos diferenciar entre sobrevoltaje (que es la tensión que posee la batería, por ejemplo de Li Ion, por encima de los 4,20V y que directamente puede destruirla, con una tolerancia de tan sólo 50mV) y simplemente voltaje alto. El sobrevoltaje da lugar a la sobrecarga, o para ser más rigurosos, cuando sobrecargamos las baterías, ello se traduce en un sobrevoltaje que la afecta sobremanera, de ahí la importancia que tiene cargarlas adecuadamente con cargadores específicos y de calidad.

Mucho menos conocida es la simple tensión elevada y que es causante de muchos más problemas que la sobrecarga, sencillamente porque se da con mucha más frecuencia.

Cuando las naciones han necesitado situar algún tipo de ingenio, como equipos de radio por ejemplo o estaciones meteorológicas en sitios apartados, ha sido necesario prever el modo de generar y almacenar la electricidad. 

Esta necesidad ha generado soluciones tecnológicas extraordinarias; baste mencionar los Generadores Termoiónicos de Radioisótopos que utilizan óxido de plutonio para generar electricidad en lugares remotos (equipos de radio en los islotes árticos del estrecho de Bering, sondas interplanetarias, etc.) durante décadas sin necesidad de mantenimiento ni aporte de combustible extra de ningún tipo. (En nuestro portal  Energía y Aire se puede ampliar información)

Esas investigaciones han tenido presentes a las baterías de Litio y han permitido que la NASA descubriese que tensiones de carga de más de 4V por celda (en el caso de el Li Ion) aceleran la producción de óxido de litio en el cátodo, es decir, favorecen la desaparición del litio y con ello se da lugar a la disminución paulatina de las prestaciones de la batería por envejecimiento prematuro.

La consecuencia de esta oxidación del cátodo es que la batería se comporta como si fuese más antigua, o lo que es lo mismo, su expectativa de aguantar más ciclos de carga y descarga, se reduce.

Pero es que hay que señalar que se reduce drásticamente, tanto como que se estima que mantener la batería cargada 0,1V más, reduce a la mitad las expectativas de ciclos de vida útil.

Para ser más concretos aún, si la expectativa normal es que una batería de Li Ion que se carga a 4,2V por celda dure unos 400 ciclos en promedio, la misma batería cargada sistemáticamente a 4,1V durará unos 800 ciclos en promedio y cargada sistemáticamente a 4.0V por celda, tantos como 1600 en cifras redondas.

 Resultado de imagen de catodo bateria litio
Este proceso no es lineal, es decir, no nos permite mejorar indefinidamente las expectativas de vida de la batería, porque si la mantenemos a una tensión baja, entra en escena otro enemigo de nuestras preciadas baterías:

La formación de una interfase de electrolito en la superficie del ánodo de grafito .... que también reduce las prestaciones de la batería, por lo que se debe buscar el equilibrio óptimo en aras de lograr el mejor servicio.

En próximos artículos trataremos el deterioro del ánodo por la aparición de esta interfase aislante.
  
Saludos.
La energía más limpia es la que no se consume.