Composición de la Batería de Plomo-Ácido
Las baterías de plomo-ácido son baterías secundarias (recargables) que se componen de un alojamiento, dos placas de plomo o grupos de placas, una de ellas actuando como electrodo positivo y la otra como electrodo negativo, y un relleno de ácido sulfúrico al 37% (H2SO4) como electrolito. La batería contiene electrolito líquido en un recipiente no sellado, lo que requiere que se mantenga en posición vertical y en un área bien ventilada para garantizar la dispersión segura del gas hidrógeno que produce durante la sobrecarga. Las baterías de plomo-ácido típicamente tienen eficiencias coulómbicas del 85% y eficiencias energéticas del orden del 70%.
Funcionamiento y Materiales Activos
El plomo y el dióxido de plomo, los materiales activos en las placas de la batería, reaccionan con el ácido sulfúrico en el electrolito para formar sulfato de plomo. El sulfato de plomo se forma inicialmente en un estado amorfo finamente dividido y se revierte fácilmente a plomo, dióxido de plomo y ácido sulfúrico cuando la batería se recarga.
Características y Aplicaciones
La batería de plomo-ácido es relativamente pesada para la cantidad de energía eléctrica que puede suministrar. Su bajo costo de fabricación y sus altos niveles de corriente de sobrecarga la hacen común donde su capacidad (sobre aproximadamente 10 Ah) es más importante que el peso y los problemas de manejo. Sin embargo, esta química de batería es muy sensible al ciclo profundo en comparación con otros sistemas de baterías, y debido a la alta densidad del plomo, la energía específica de las baterías es bastante baja.
La mayoría de las baterías de plomo-ácido del mundo son baterías de arranque, iluminación e ignición (SLI) de automóviles, con aproximadamente 320 millones de unidades enviadas en 1999. En 1992, se utilizaron alrededor de 3 millones de toneladas de plomo en la fabricación de baterías. Los campos industriales de aplicaciones para las baterías de plomo ácido incluyen la potencia de tracción para vehículos de minería, montacargas y como fuentes de energía estacionarias como almacenamiento de energía de respaldo de emergencia (UPS) y estaciones de señalización para ferrocarriles y telecomunicaciones.
Composición y Voltaje
Una batería de plomo-ácido consta de un electrodo negativo hecho de plomo esponjoso o poroso. El plomo es poroso para facilitar la formación y disolución del plomo. El electrodo positivo consiste en óxido de plomo. Ambos electrodos están sumergidos en una solución electrolítica de ácido sulfúrico y agua. En caso de que los electrodos entren en contacto entre sí a través del movimiento físico de la batería o cambios en el grosor de los electrodos, una membrana eléctricamente aislante pero químicamente permeable separa los dos electrodos. Esta membrana también previene el cortocircuito eléctrico a través del electrolito. El voltaje nominal de una celda es de aproximadamente 2V, pero el voltaje varía entre aproximadamente 1.75 V y 2.4V dependiendo del SoC y la corriente de carga o descarga.
Vida Útil y Envejecimiento
Las baterías de plomo-ácido pueden entregar altas corrientes durante períodos cortos y tienen una alta densidad de potencia. Pueden alcanzar una larga vida útil de varios años. Sin embargo, la regulación del voltaje es crucial aquí. Especialmente en los automóviles como batería de arranque, esto a menudo no es suficientemente preciso, por lo que solo se típico 2 a 4 años de uso. Las baterías de tracción o de almacenamiento pueden alcanzar una vida útil de entre 5 y 15 años, dependiendo de la calidad y el estrés. Pero estas baterías difieren significativamente de las baterías de automóviles. Cuando las baterías de plomo-ácido tienen la misma capacidad y tamaño, pero de diferentes pesos, la batería más pesada suele durar más tiempo porque los marcos de plomo son más fuertes. El envejecimiento de las baterías de plomo-ácido es causado principalmente por la corrosión interna de la estructura de plomo de los electrodos, la formación de cortocircuitos finos y por la sulfatación del plomo.
