El secreto del tiempo de duración en las baterías

Isidor Buchmann
Cadex Electronics Inc.
Isidor.buchmann@cadex.com
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¿Se puede relacionar directamente el tiempo de duración en dispositivos portátiles con el tamaño de la batería y su capacidad? En la mayoría de los casos, la respuesta es sí. Pero en los equipos digitales, el tiempo de duración puede no ser necesariamente lineal en función de la cantidad de energía acumulada.
En este artículo analizamos por que no puede alcanzarse el tiempo de duración especificado, especialmente después que la batería ha estado en servicio un tiempo. Se tocan los temas de la capacidad decreciente de la batería y lo que puede hacerse para restablecer el rendimiento; de la elevada resistencia interna de la batería y cómo afecta al tiempo de duración, de la elevada auto-descarga y cuáles son los factores contribuyentes, y de la elevada tensión de corto que impide el uso total de la energía disponible.

Baja Capacidad

La cantidad de carga almacenada por una batería decrece gradualmente con el uso, desgaste, con algunas reacciones químicas, y por falta de mantenimiento. Las baterías deben entregar el 100% de su capacidad cuando son nuevas, pero eventualmente necesitan ser reemplazadas cuando la capacidad cae a un nivel del 70% o 60%. Normalmente, el 80% se usa como umbral de garantía.
El almacenamiento de energía de las baterías puede ser dividido en tres secciones imaginarias: la energía disponible, la zona vacía que puede ser rellenada, y la formación cristalina que no puede usarse. La Figura 1 muestra estas tres secciones de la batería.
En las baterías de níquel, la formación cristalina, también conocido como "memoria". La pérdida de aceptación de carga de baterías de litio-ion se debe a la oxidación de celdas y a la corrosión que ocurre naturalmente durante el uso y como parte del desgaste. La disminución del rendimiento en las baterías de plomo es causada comúnmente por la sulfatación, es decir una pequeña capa que se forma en las placas de las celdas y que inhibe el flujo de corriente. En las baterías de plomo reguladas por válvulas, el tema de la permeabilidad del agua y la pérdida de electrolito también entran en juego.

Con frecuencia, la capacidad de las baterías de níquel cadmio puede ser restaurada con reciclaje profundo. También conocidas como de "ejercicio", un ciclo típico consiste en una o varias descargas a un voltio por celda y descargas posteriores.
Existen métodos actuales de revitalización de baterías que son más efectivos que el simple ejercicio. Después de una descarga normal a un voltio por celda (punto límite considerado fin de descarga), la batería se descarga lentamente a una corriente mucho más reducida, a prácticamente cero voltios. Conocido como "reacondicionamiento", este método disuelve la formación cristalina, restablece la estructura química de la celda y restaura efectivamente las baterías de níquel. Con frecuencia, los conjuntos que de otro modo se descartan, pueden ser restaurados a servicio pleno. Sin embargo, debe notarse que alguna de estas baterías puede demostrar alta auto-descarga porque la formación cristalina ha dañado el separador material. Este problema es común en las baterías más viejas.
El analizador de batería Cadex C7400 que se muestra en la Figura 2, aplica automáticamente el ciclo de recondicionamiento si no puede alcanzarse una capacidad deseada, fijada por el usuario. Normalmente calibrado a un 80%, el selector de capacidad deseada identifica baterías débiles e intenta restaurarlas. Si no puede alcanzarse la capacidad deseada después del reacondicionamiento, se recomienda el cambio de batería. La ventaja de dicho sistema radica en prolongar la vida de la batería y asegurar que todas las baterías en servicio cumplan una norma mínima requerida de rendimiento.

Las baterías de litio-ion no pueden recargarse usando reciclaje o aplicando otros servicios externos. La pérdida de capacidad es permanente porque los metales usados en las celdas están designados para operar solamente durante un período de tiempo específico, y se consumen durante la vida útil especificada. Esto se realiza, en parte, por razones ambientales, ya que algunos de los productos químicos utilizados para maximizar la capacidad son altamente tóxicos. En el momento de la deposición, el nivel de toxicidad disminuye a un nivel razonablemente bajo.
No hay información suficiente sobre el ciclo de vida y proceso de desgaste de la nueva batería de polímero de litio. También conocida como la "batería plástica", la batería de polímero de litio se fabrica en forma similar a la de litio-ion, y la mayor diferencia radica en que el electrolito está en forma de gel. La solidificación del electrolito permite un diseño simplificado de celdas ya que no puede haber pérdidas.
Los fabricantes están trabajando en mejorar el proceso de fabricación del polímero de litio. Una vez perfeccionado y producido en grandes cantidades, se espera que el polímero de litio sea menos costoso que el de litio-ion. El menor tamaño y peso son otros atributos ganadores de este nuevo sistema de batería.
Las baterías de plomo se sulfatan si se almacenan en condiciones de descarga o si se dejan con baja tensión de flotación. La recarga es difícil o casi imposible, especialmente si la batería ha estado en esa situación durante mucho tiempo. A las baterías almacenadas se les debe aplicar una carga de nivelación cada seis meses o cuando la tensión de celda abierta cae a 2.10 voltios.