Batería de Litio o Plomo, ¿cuál interesa?

Daniel Vargas es técnico especialista en mecánica de CLEM. Experto en todo tipo de maquinaria para manutención, en este artículo nos hablará de las principales diferencias entre las baterías de litio y de plomo.

¿Batería de litio o plomo? Es una de las preguntas más frecuentes en la industria de la manutención y almacenaje. Hoy en día, cualquier carretilla, transpaleta, plataforma elevadora, AGV o vehículo eléctrico puede abastecerse mediante una de estas 2 tecnologías. Con la productividad y eficiencia en mente, vamos a ver cuál interesa más.

Baterías de Plomo

Las baterías de plomo, también denominadas de ácido, son el tipo de baterías clásico que todo el mundo conoce. Destacan por el uso de una solución líquida (electrolito), habitualmente de ácido sulfúrico y agua destilada, donde se introduce una serie de placas de plomo, de ahí su nombre y peso elevado.

Su funcionamiento se basa en una reacción química entre el plomo y el ácido sulfúrico que produce una diferencia de potencial entre los bornes de la batería. Ésto permite obtener energía de ella (proceso de descarga) cuando la conectamos a un circuito eléctrico. Si aplicamos electricidad a la misma (proceso de carga), la reacción se invierte y permite almacenar energía para usarla más tarde, algo que hoy vemos muy habitual, pero que supuso una revolución en 1859, cuando el físico francés Gaston Planté inventó la primera batería eléctrica recargable.

Hace décadas, las baterías de plomo necesitaban de un mantenimiento (agregar agua destilada) porque las rejillas internas que sujetan el plomo (es un material blando) estaban fabricadas con aleaciones que se disolvían en el ácido y provocaban que se perdiera agua. Hoy en día, salvo en las baterías de descarga profunda, son "sin mantenimiento" por la mejora en los materiales que reducen al mínimo las pérdidas de agua (durante su vida útil).

Los problemas actuales de estas baterías vienen por otros motivos:

Sulfatación

La formación de sulfato de plomo es un proceso normal en el proceso de descarga de la batería. Son cristales de pequeño tamaño que se crean debido a la reacción química y que desaparecen con el proceso de carga. El problema es cuando la tensión de la batería baja de un determinado voltaje, entonces el sulfato crea cristales de un tamaño excesivo, que después no pueden volver a descomponerse. La acumulación de cristales formará depósitos de sulfato, que reducirán la superficie de plomo expuesto al electrolito y perderemos rendimiento en la reacción química, por tanto, capacidad para almacenar energía (el conocido efecto memoria).

Cargas parciales

Si la batería de plomo recibe habitualmente cargas cortas, los cristales de sulfato no llegan a desaparecer por completo, provocando una degradación paulatina de la misma. 

Descarga profunda

Si descargamos totalmente una batería, o si la almacenamos durante largo tiempo a una tensión muy baja, el proceso de sulfatación será irreversible.

Sobrecarga

Si aplicamos demasiada energía durante la carga de la batería, provocaremos una pérdida de agua por temperatura, lo que alterará la reacción química normal. Y lo que es todavía peor, pueden originarse averías y fugas si las rejillas llegan a deformarse por el mismo calentamiento.

Toxicidad

Plomo, ácido sulfúrico, gases que generan... A nadie le escapa que una batería de plomo tiene unas sustancias potencialmente peligrosas para la salud, a las que podemos quedar expuestos si sufre alguna perforación o derrame por accidente o avería.

Baterías de Litio

También llamadas de iones de litio o Li-Ion. Su principal diferencia respecto a las de plomo es que el electrolito es una sal de litio, por tanto, la reacción química es completamente diferente, aportando ventajas como una capacidad energética superior y una mayor resistencia a la descarga.

Estas baterías disponen de un número elevado de ciclos útiles y reducen al mínimo el efecto memoria, también su curva de descarga es plana. Los inventores de las baterías de iones de litio fueron el físico John Goodenough y el químico Asahi Kasei. La primera empresa que las comercializó fue Sony en 1991.

Como toda tecnología, no todo son ventajas y presenta algunos inconvenientes:

Temperatura

Son sensibles a elevadas temperaturas, sufriendo de degradación e incluso explosión, aunque disponen de múltiples sistemas de seguridad para evitar estos casos. De hecho, hay baterías que son auténticos micro-ordenadores, para controlar múltiples parámetros de carga/descarga y seguridad.

Por otra parte, las temperaturas bajas también reducen su rendimiento hasta en un 25%.

Vida Útil

Más que de la cantidad de cargas/descargas, que no les afecta, la batería tiende a degradarse por el tiempo que pasa desde su fecha de fabricación y por la temperatura de trabajo. Cuanto más alta sea, mayor degradación. Según tecnología, se estima que una batería de litio pierde un 20% de su capacidad al año a una temperatura de 25º C. Si rebajamos la temperatura a 0º C sólo pierde un 6%, mientras que si la elevamos a 40º C sufriría un 40%.

Seguridad

La reacción química de los iones de litio no es segura como tal, es por ello que una batería de litio cuenta con múltiples medidas de seguridad obligatorias: sensor de temperatura, ventilación, interruptores de corriente, etc. Estos dispositivos restan espacio útil y agregan complejidad y posibles fallos al diseño.

Descarga Profunda

Como en sus hermanas de plomo, descargar la batería por debajo de un umbral de voltaje resultaría en un daño irreparable. Por tanto, disponen de sistemas para evitar esta descarga profunda, que cortan la corriente para evitar ésto.

Ventajas del Litio sobre el Plomo

Ahora que conocemos cada tecnología un poco mejor, podemos sacar conclusiones sobre qué tipo de batería nos interesa más en nuestra industria. Veamos qué ventajas aporta el Litio respecto al Plomo:

• Forma y tamaño: la batería de litio puede construirse de formas muy variadas, lo que permite usar de manera más eficiente el espacio en el vehículo que alimentan.
• Peso: son más ligeras que las de plomo, lo que aumenta el rendimiento de la máquina y la energía necesaria para moverla (Wh/kg).
• Sin efecto memoria: el no preocuparse de realizar cargas completas permite realizar varias cargas parciales a lo largo del día, aprovechando descansos de los trabajadores.
• Sin mantenimiento: la ausencia total del mantenimiento evita los costes y planificación del mismo.
• Carga rápida: en poco más de 1 hora las baterías pueden estar al 80% de su capacidad, lo que contrasta con las largas horas de carga y enfriamiento de una de plomo.
• Vida útil: se estima que la vida útil de las últimas baterías de litio son de unos 5 años, comparado con los 2 años de las de plomo.
• Rendimiento: se estima que una máquina alimentada por batería de litio usa un 50% menos de energía para hacer el mismo trabajo que una de plomo.

Desventajas del Litio sobre el Plomo

¿Todo son pros? ¿Existe algún contra?

• Precio: es una tecnología más cara que la conocida y estandarizada batería de plomo, pero con el paso del tiempo se acercará.
• Peso: en máquinas que necesiten contrapeso, su mayor ligereza implica la instalación de contrapesos adicionales, aunque también podrían ponerse más baterías de litio y aumentar su rendimiento.

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Referencias:

1. https://www.fluxpower.com/blog/top-reasons-forklifts-convert-to-lithium-ion
2. https://www.nitco-lift.com/blog/lithium-forklift-battery/
3. https://en.wikibooks.org/wiki/Battery_Power/Lithium_Ion_Batteries
4. http://jes.ecsdl.org/content/164/1/A5019.full