En nuestro país, nos referimos al acumulador de distintas maneras, lo conocemos como pilas, baterías o acumuladores, estos términos los utilizamos como sinónimos. Son dispositivos que generan una corriente continua a partir de una reacción química, pero existen diferencias entre ellos: celdas voltaicas (primarias y secundarias), pilas eléctricas, acumuladores, baterías y pilas de combustible.

Los términos pila y batería provienen de los primeros tiempos de la electricidad, en los que se agrupaban varios elementos (discos metálicos o celdas) para aumentar la corriente suministrada por el dispositivo. En unos casos se disponían uno encima de otro, se apilaban, y de ahí viene pila; y en otros casos se ponían uno junto a otro, en batería.

En inglés se utiliza un término único, battery, para designar a todos estos dispositivos. Por el contrario, en España y otros países, se utilizan los términos de batería y acumulador para las recargables (de ácido-plomo principalmente), y pila para las que no son recargables (alcalinas, por ejemplo).

En algunos países hispanohablantes, en cambio, se sigue el proceder inglés y se emplea la palabra batería para todos los tipos. En estos países, el término acumulador se aplica a los condensadores eléctricos o a otros dispositivos de acumulación.

En los países que no hacen estas diferencias, los elementos suministradores de electricidad se clasifican en dos categorías:

• Las celdas primarias, lo que antes se han llamado pilas no-recargables, transforman la energía química en energía eléctrica, de manera irreversible (dentro de los límites de la práctica). Cuando se agota la cantidad inicial de reactivos presentes en la pila, la energía no puede ser fácilmente restaurada o devuelta a la celda electroquímica por medios eléctricos.
• Las celdas secundarias, lo que antes se han llamado baterías o pilas recargables, que pueden ser recargadas sin más que revertir las reacciones químicas en su interior mediante el suministro de energía eléctrica a la celda hasta el restablecimiento de su composición original.

Las celdas primarias (de un solo uso o de “usar y tirar”) se usan una vez y se desechan; los materiales de los electrodos se cambian irreversiblemente durante la descarga. Los ejemplos más comunes son la pila alcalina no recargable utilizada para linternas y una multitud de dispositivos portátiles.

Las celdas secundarias (recargables) se pueden descargar y recargar varias veces, debido a que la composición original de los electrodos puede ser restaurado por la corriente inversa. Los ejemplos incluyen las baterías de ácido-plomo usadas en los vehículos, las baterías de iones de litio utilizadas en dispositivos electrónicos portátiles, como móviles, tabletas y ordenadores y las baterías recargables de Ni-HM, utilizadas como alternativa o reemplazo de las pilas alcalinas en dispositivos electrónicos portátiles que las emplean, como cámaras fotográficas digitales, juguetes, radios portátiles, radiograbadores, linternas, reproductores de MP3 y Minidisc, entre otros.

En los automóviles impulsados a gasolina o diésel, el acumulador es el que proporciona energía eléctrica, no solo para el motor de arranque, sino también para mantener el motor del coche encendido.

La función primordial de un acumulador es la de proporcionar corriente para poner en marcha un vehículo, pero ¿qué cantidad de energía se requiere? Esta es variada y depende de que tan equipado sea el vehículo, entre más accesorios eléctricos tenga un vehículo requiere de mayor energía. El acumulador debe ser capaz de abastecer al vehículo, la energía eléctrica necesaria en caso de una eventual falla del sistema de carga.

El acumulador actúa como un estabilizador del voltaje en el sistema de carga, ya que durante el funcionamiento normal de un vehículo ocasionalmente se generan voltajes momentáneos muy elevados en el sistema eléctrico. En estos casos compensa parcialmente y reduce estos voltajes extremos, protegiendo a los componentes que podrían dañarse.

La evolución de las baterías.

En 1927 un grupo de arqueólogos, descubrieron en una aldea cercana a Bagdad, un conjunto de vasijas de terracota, cada una de las cuales contenía un rollo de lámina de cobre que albergaba una varilla de hierro. Algunos científicos especulan que estos artilugios podrían ser antiguas celdas galvánicas (alrededor de 2.000 años de antigüedad, aunque el cálculo de la edad sigue siendo debatido), a los que se les denomina la “Batería de Bagdad”. Se cree que un ácido común de los alimentos, como el jugo de limón o vinagre, sirvió como un electrolito, sin embargo parece ser que dichos recipientes nunca contuvieron en su interior ningún electrolito (sin el cual no pudieron haber funcionado como baterías). Las réplicas modernas han producido con éxito corrientes eléctricas, dando crédito a esta hipótesis.

Alessandro Volta en 1800 inventó la primera batería o generador electroquímico capaz de producir una corriente eléctrica mantenida en el tiempo, y se le conoció como pila voltaica. La pila voltaica consiste en pares de discos de cobre y zinc apilados uno encima del otro (de ahí el nombre de pila), separados por una capa de tela o de cartón impregnado en salmuera (este era el electrolito). La pila voltaica producía una corriente continua y estable, y perdía poca carga cuando no se utilizaba.

Hasta ese momento, todas las baterías existentes debían ser vaciadas de forma permanente cuando se agotaban los reactivos y finalizaban todas sus reacciones químicas. No es sino hasta 1859 que Gastón Planté inventó la batería de plomo-ácido, el primer acumulador, es decir, la primera batería que podía recargarse.

Una batería de plomo-ácido se compone de un ánodo de plomo y un cátodo de dióxido de plomo sumergidos en ácido sulfúrico. Ambos electrodos reaccionan con el ácido para producir sulfato de plomo, pero la reacción en el ánodo de plomo libera electrones mientras que la reacción en el óxido de plomo los capta, lo que produce una corriente. Estas reacciones químicas pueden ser revertidas mediante la aplicación de una corriente en sentido inverso, lo que permite recargarla, al igual que se debe hacer antes de su primer uso.

La batería de plomo, aún se utiliza hoy en los automóviles y en otras aplicaciones donde el peso no es un factor importante. El principio básico no ha cambiado desde 1859, aunque en la década de 1970 se desarrolló una variante que utiliza un electrolito en forma de gel en lugar de un líquido, permitiendo que la batería pueda ser utilizada en diferentes posiciones sin fallos o fugas.

Carl Gassner en 1887, patentó una variante de la celda que llegó a ser conocida como la pila seca, ya que no tiene un electrolito líquido libre. En vez de eso, mezcló el cloruro de amonio con yeso de París para crear una pasta, con un poco de cloruro de zinc añadido para prolongar la vida útil. El cátodo de dióxido de manganeso se sumerge en la pasta, y ambos fueron encerrados en una carcasa de zinc, que también actuaba como ánodo.

A diferencia de las pilas húmedas, la pila seca de Gassner era más sólida, no requería mantenimiento, no se derramaba y podría ser utilizado en cualquier orientación. Suministraba un potencial de 1,5 voltios. La primera pila seca producida en masa fue el modelo Columbia, comercializado por primera vez por la National Carbon Company (NCC) en 1896. Esta compañía mejoró el modelo de Gassner, sustituyendo el yeso de París por cartón en espiral, una innovación que dejaba más espacio para el cátodo y hacía que la batería fuera más fácil de montar. Fue la primera batería apropiada para el público en general e hizo prácticos los dispositivos eléctricos portátiles. La linterna se inventó ese mismo año. La batería de zinc-carbono todavía se fabrica hoy en día.

Thomas Edison recogió el diseño de la batería de níquel-hierro de Jungner, la patentó él mismo y la vendió en 1903. Edison quería comercializar un sustituto más ligero y duradero para la batería de plomo-ácido que impulsaba a algunos de los primeros automóviles, y esperaba que de esta forma los coches eléctricos se convertirían en el estándar, con su empresa como proveedor de la batería principal. Sin embargo, los clientes encontraron que su primer modelo era propenso a fugas y de corta duración de la batería, y no superaba a la batería de plomo-ácido por mucho. Aunque Edison fue capaz de producir un modelo más fiable y potente siete años más tarde, esta vez el Ford modelo T, de bajo costo y buena fiabilidad, había hecho que los autos con motor de gasolina fuesen la norma. A pesar de ello, la batería de Edison logró un gran éxito en otras aplicaciones.

En 1955, un ingeniero que trabajaba para la empresa Eveready (ahora conocida como Energizer) llamado Lewis Urry intentaba encontrar una manera de extender la vida de las baterías de zinc-carbono, pero Urry decidió en cambio que las pilas alcalinas eran más prometedoras. Hasta ese momento, las más duraderas pilas alcalinas eran inviablemente caras. La batería de Urry se componía de un cátodo de dióxido de manganeso y un ánodo de zinc en polvo con un electrolito alcalino.17 A base de zinc en polvo se dotó al ánodo de una mayor superficie. Estas baterías salieron al mercado en 1959.

En la década de 1980, el químico estadounidense John B. Goodenough dirigió un equipo de investigación de Sony que produciría finalmente la batería de iones de litio, recargable y una versión más estable de la batería de litio (el litio puro reaccionaba violentamente al contacto con un medio acuoso). Las primeras unidades se vendieron en 1991. En estas baterías es importante controlar los procesos de carga y descarga, ya que por encima de 60 grados Celsius pueden explotar.

En 1996, se lanzó al mercado la batería de polímero de ion de litio. Estas baterías alojan su electrolito en un polímero sólido compuesto en lugar de un disolvente líquido, y los electrodos y los separadores se laminan entre sí. Esta última diferencia permite que la batería pueda quedar encerrada en una envoltura flexible en lugar de una carcasa metálica rígida, lo que significa que este tipo de baterías puede ser fabricada específicamente para adaptarse a un dispositivo en particular. También tienen una densidad de energía mayor que las baterías de iones de litio normal. Estas ventajas la han convertido en una batería de elección para los dispositivos electrónicos portátiles, como teléfonos móviles y PDAs, ya que permiten un diseño más flexible y compacto.

En los últimos años, las baterías han evolucionado mucho y pueden provocar un cambio drástico en la gestión de la energía. La base de su desarrollo está en el litio, el hidrógeno y el plomo. Las pilas y las baterías que alimentan nuestros dispositivos son fruto de la investigación de muchos científicos a lo largo de la historia.

Baterías de gel y baterías AGM

Durante los años 1950 y 1960 se produjeron una serie de innovaciones muy importantes dentro de las baterías de coche. Se desarrollaron las llamadas celdas de gel, unas baterías que estaban protegidas con un gel a prueba de derrames. Las pilas cada vez eran más pequeñas y capaces de ofrecer un mayor voltaje, con lo que se redujo el tamaño de las baterías y aumentó la autonomía y la potencia.

A partir de los años 70 se introdujo una de las mejoras más destacadas en el ámbito de las baterías de plomo ácido, con la aparición de las llamadas baterías AGM, baterías absorbentes de malla de fibra de vidrio. Son como las baterías de gel, pero ofrecen aún más durabilidad y potencia.

… y así llegaron las baterías de litio

El físico estadounidense John B. Goodenough estaba obsesionado con encontrar una respuesta científica a la crisis del petróleo de 1973, así que se puso a investigar las posibilidades del litio. Su investigación abrió un nuevo mundo de posibilidades para las baterías recargables frente a las de plomo-ácido, demasiado pesadas para los dispositivos pequeños.

En 1985, el japonés Akira Yoshino perfeccionó este sistema y desarrolló el primer prototipo de baterías de ion-litio con material carbonoso. Seis años después, Sony y Asahi Kasei (la compañía para la que trabajaba Yoshino) comenzaron a comercializar la primera batería de iones de litio recargable, todo un hito en esta historia de las baterías.

Las baterías de litio continúan mejorando su diseño para que sean más eficientes energéticamente y más baratas, sobre todo para dar el empujón definitivo a los coches eléctricos.

Después de comenzar la construcción de Tesla para producir 500.000 baterías de iones de litio anuales para sus vehículos, Elon Musk ha lanzado sus famosas baterías Powerwall capaces de almacenar energía proveniente de la generación solar o eólica y reducir nuestra dependencia de la red eléctrica convencional.

Fuentes: Wikipedia y motoryracing

Mientras que los coches con motor de combustión interna obtienen su energía de la quema de gasolina o gasóleo, los vehículos eléctricos obtienen su energía directamente de un gran paquete de baterías, que son una versión ampliada de la batería de iones de litio (Li-ion) de tu teléfono móvil: los vehículos eléctricos no utilizan una única batería como la de un teléfono, sino un paquete compuesto por miles de celdas individuales de Li-ion que funcionan conjuntamente.  Cuando el coche se está cargando, la electricidad se utiliza para realizar cambios químicos dentro de sus baterías. Cuando está en la carretera, estos cambios se invierten para producir electricidad.

La tecnología de las baterías de los coches eléctricos, las baterías de EV sufren ciclos de «descarga» que se producen cuando se conduce y de «carga» cuando el coche está enchufado. La repetición de este proceso a lo largo del tiempo afecta a la cantidad de carga que puede mantener la batería. Esto disminuye la autonomía y el tiempo necesario entre cada viaje para cargarla. La mayoría de los fabricantes tienen una garantía de cinco a ocho años para su batería. Sin embargo, la predicción actual es que la batería de un coche eléctrico durará entre 10 y 20 años antes de tener que ser sustituida. El funcionamiento conjunto de la batería y el motor eléctrico del coche es sorprendentemente sencillo: la batería se conecta a uno o varios motores eléctricos, que accionan las ruedas. Cuando se pisa el acelerador, el coche alimenta instantáneamente el motor, que consume gradualmente la energía almacenada en las baterías. Los motores eléctricos también funcionan como generadores, de modo que cuando se levanta el pie del acelerador el coche empieza a reducir la velocidad convirtiendo su movimiento de avance en electricidad; esto ocurre con más fuerza si se pisa el freno. Esta frenada regenerativa recupera la energía que de otro modo se perdería, almacenándola de nuevo en la batería y mejorando así la autonomía del coche.

A medida que los grandes fabricantes de automóviles, como Volkswagen, Toyota y General Motors, hacen ambiciosas promesas sobre la transición a un futuro electrificado y libre de emisiones, una cosa se está volviendo obvia: necesitarán muchas baterías de litio en el futuro.

La demanda de este componente indispensable para el funcionamiento de los vehículos eléctricos ha provocado una fiebre por el mercado del litio que tiene a inversionistas, empresas establecidas y nuevas, e incluso a los gobiernos, compitiendo por desarrollar la tecnología y construir las fábricas necesarias para producir millones de coches eléctricos cada año.

México es hoy el séptimo mayor fabricante de vehículos del mundo y varios especialistas consultados opinan que, para mantener este estatus, es necesario detonar una cadena de producción de baterías de litio, que vaya desde la extracción del metal hasta la producción de las celdas para las baterías.

En la nueva Ley Minera se establece que el litio es patrimonio de la nación, y que su exploración, explotación, beneficio y aprovechamiento del litio quedan exclusivamente a cargo del Estado, y se llevarán a cabo por el organismo público descentralizado que determine el Ejecutivo Federal. Y cierra la puerta, al menos por ahora, a las inversiones privadas en el mercado.