Las baterías o acumuladores eléctricos tienen historia, del mismo modo que los motores o los vehículos eléctricos. Si bien los principios de funcionamiento no han evolucionado, materiales y tecnologías no cesan de progresar, igual que de los motores eléctricos.
El acumulador de plomoo “ pila eléctrica ” recargaable, también denominada pila secundaria, fue inventada en 1859 por el francés Gaston Planté. Fue el primero en poner a punto la primera batería recargable. Para ello, utilizó dos hojas de plomo, separadas por una tira de caucho, enrrolladas en espiral y sumergidas en una solución líquida ácida. La reacción química provocada por el par plomo/ácido permite almacenar electricidad en el dispositivo cuando es recorrido por una corriente eléctrica continuo, durante el denominado periodo de “ carga ”. Y, en un segundo tiempo, la electricidad es restituida cuando un dispositivo eléctrico, una bombilla, por ejemplo, se conecta al acumulador. Se habla entonces de “ descarga ”. El acumulador funciona de alguna manera como un “ depósito de electricidad ”.
El término batería, corrientemente utilizado, proviene de la expresión “ batería de acumuladores ”, como pudiera ser una batería de cañones. Se describe de esta manera una serie de varios acumuladores conectados en conjunto. Estos últimos estaban inicialmente posicionados en cuvetas en cristal. Después, se sistematizó el empleo de las cubetas de plástico y hoy en día, las baterías sin mantenimiento se han generalizado. Sus bornes son tratados anti - sulfatado y las placas son de plomo/calcio, suprimiendo de esta manera la necesidad de rehacer el nivel de líquido. El ácido líquido ha sido sustituido por un gel acidulado, las cajas resisten los golpes y los acumuladores están sellados para evitar pérdidas. Pero el principio inicial es el mismo y las baterías constituyen hoy la principal utilización del plomo. Esta técnica simple y robusta es muy competitiva y actualmente son la principal técnica para las baterías de arranque de los vehículos. De esta manera, las baterías de plomo representaban, en 2010, más del 99 % en peso de las baterías utilizadas en el automóvil.
Las diversas tecnologías utilizadas en los acumuladores
El objetivo para los diseñadores de baterías consiste esencialmente en encontrar los pares de materiales capaces de liberar o de fijar los iones lo más rápido y el mayor tiempo posible para aumentar la energía almacenada. Al mismo tiempo, la reacción química que se produce en la batería puede generar calor o producir elementos tóxicos o explosivos, según los materiales utilizados. Hay que procurar el mejor compromiso entre una reacción química fuerte y una seguridad máxima, minimizando los costes. La respuesta a estas necesidades va a depender en gran parte de la tecnología y de los materiales empleados para fabricar la batería.
Los acumuladores plomo/ácido, por su gran simplicidad ofrecen dos ventajas significativas, su coste poco elevado y su capacidad para entregar fuertes intensidades. Si bien satisfacen las aplicaciones de arranque de los vehículos, son por el contrario poco potentes para propulsar vehículos eléctricos. Son pesados, se cargan lentamente y soportan mal las descargas profundas, las que reducen su duración.
Los pares electroquímicos
Otros pares electroquímicos, diferentes del “ plomo/ácido” han sido estudiados y desarrollados por los investigadores. Desde 1950 han ido apareciendo, aumentando progresivamente la familia de los acumuladores. De esta manera, en el sector de las baterías de tracción, utilizadas en los transportes, los principales pares electroquímicos utilizados son: el níquel/cadmio (Ni-Cd), el níquel/metal hidruro (Ni-MH, el de los Toyota no plug-in o recargables), el níquel/zinc (NiZn), el sodio/cloruro de níquel (Zebra), el litio/ion (Li-Ion, el más popular actualmente), el litio/polímero (LiPo), el litio/fosfato (LiFePO4) o el litio/metalpolímero (LMP).
Están en marcha investigaciones sobre otros pares, pero todas están orientadas hacia los acumuladores que puedan contener la mayor energía posible en el menor volumen posible, con el menor calentamiento posible, siendo lo más ligeros posibles y, por supuesto, lo menos costosos para producir en masa. Vamos a revisar el "más" y "menos”, por así decir ... cada una de estas parejas en nuestra segunda parte . Continuará!