Baterías plomo-ácido abiertas

Las baterías plomo-ácido abiertas son un tipo de baterías químicas constituidas, como su nombre indica, por unos  electrodos de plomo y  un electrolito  de ácido  sulfúrico en disolución.  Inventadas en  1856 por el  físico francés Gaston Planté, fueron de las primeras baterías en ser comercializadas y estandarizadas. 

Las baterías son unos aparatos capaces de realizar una conversión de energía química a energía eléctrica, además esta conversión es reversible. Así por ejemplo, cuando se carga una batería con una placa solar fotovoltaica, se está convirtiendo la energía eléctrica de la placa, en energía química; y cuando la batería se descarga, se está convirtiendo la energía química en eléctrica.

Aunque este ciclo de carga y descarga se podría llevar a cabo, teóricamente, de forma infinita, la realidad es que en la práctica en cada ciclo no se consigue alcanzar el 100% de la carga anterior. Por esta razón, es conveniente y aconsejable no descargar nunca completamente una batería, cuidar de que permanezca el mayor tiempo posible cargada y que los ciclos de descarga sean lo más cortos posibles, así lograremos alargar el máximo la vida útil de la batería. 

Las baterías plomo-ácido están constituidas por celdas individuales conectadas entre si en serie y paralelo. Estas celdas tienen una tensión algo superior a los 2v, este es el motivo por el cual las baterías que encontramos en el mercado tienen tensiones múltiples de 2 (6v o 12v). 

Cada celda consta de un depósito con una mezcla de agua y ácido sulfúrico, el cual esta lleno de placas de plomo paralelas entre si y separadas por un aislante eléctrico que deja pasar el electrolito. El tamaño del depósito, la densidad de la mezcla ácido-agua y la cantidad y el espesor las placas de plomo son los que determinarán el uso de la batería y su potencia.

Normalmente y cuando la batería está cargada, en las placas positivas hay un recubrimiento de dióxido de plomo, la placa negativa, que está hecha de plomo esponjoso, se va recubriendo de sulfato de plomo, según se vaya descargando la batería.

Además, llevan un depósito para recoger los residuos que se van generando en cada ciclo; una tapa impermeable, para evitar derrames; y una tapa con orificios, que permiten escapar a los gases producidos en las reacciones de carga y descarga, y para efectuar el llenado de agua destilada cuando sea necesario.  

La reacción química principal de las baterías plomo-ácido, es una reacción de oxidación-reducción (Redox). Cuando empezamos a cargar la batería, el sulfato de plomo, presente en las placas positivas y negativas, se va reduciendo a plomo metal en las placas negativas y dióxido de plomo en las positivas.

En este proceso se liberan gases (hidrógeno y oxígeno), de aquí la necesidad de que las baterías dispongan de orificios para la ventilación. Además este proceso de liberación de gases, se acelera a medida que la batería llega al 100% de su carga y aquí reside la importancia de disponer de un regulador que controle y detenga la carga cuando la batería está llena, ya que los gases formados acabarían por corroer el metal de la batería provocando daños irreversibles.

La densidad del electrolito nos puede servir como indicador del estado de carga de las baterías plomo-ácido, ya que cuando se va descargando, la concentración de ácido disminuye (por que se transforma en sulfato), y cuando se carga la concentración aumenta. Esta variación de concentración del ácido está ligada, directamente, con la densidad, ya que el ácido sulfúrico concentrada es más denso que el diluido.

Otro factor a tener en cuenta, cuando la batería se descarga, es la formación de cristales de sulfato. Cuando la batería se descarga muy frecuentemente por debajo del mínimo especificado, es cargada pobremente o cuando lleva mucho tiempo descargada, los cristales de sulfato crecen hasta el punto que el proceso de carga no los puede disolver (volver a convertir en dióxido de plomo y ácido sulfúrico), cuando esto ocurre, se dice que la batería se ha sulfatado y va quedando inservible. 

Las típicas tensiones de la baterías plomo-ácido son de 6v o 12v, y para tensiones superiores se unen varías baterías en serie, es decir sumando voltajes. Su uso principal está en el sector de la automoción, usadas como baterías de arranque, ya que son capaces de entregar mucha electricidad en un periodos cortos de tiempo.

La duración de estas baterías está entre 3 y 4 años cuando son sometidas a muchos ciclos de descargas o cuando se fuerzan y trabajan por debajo del 80% continuamente. Por lo contrario, si no forzamos los ciclos y las mantenemos por encima del 80% y solo bajamos puntualmente de este valor, pueden llegar a los 6-7 años.

Es aconsejable, en las baterías de plomo-ácido, intentar que la profundidad de descarga baje, el menor número de veces posibles, del 50% para evitar la formación excesiva de cristales de sulfato. Hay otros tipos baterías, como las baterías AGM, que son capaces de aguantar más y mejor la profundidad de descarga y sufren menos daños cuando la carga baja del 50% repetidas veces.

Las baterías plomo-ácido abiertas son las que mayor indice de autodescarga tienen. Por eso, si vamos a almacenar o dejar de usar una de estas baterías durante un largo periodo de tiempo, es muy recomendable realizar recargas periódicas. Así evitaremos que la carga baje del 50% y la consecuente sulfatación de la batería. 

A continuación, encontrarás análisis de baterías plomo-ácido abiertas:

La temperatura óptima de trabajo de las baterías plomo-ácido es de unos 25ºC, por eso es aconsejable tener las baterías resguardadas del intemperie y a salvo de las temperaturas extremas. Lo ideal seria tenerlas en un lugar con ventilación y con la menor variación posible de temperatura.

El problema de que la temperatura aumente, por encima de 25ºC, es que se reduce la vida útil de la batería debido al aumento de la actividad química entre el electrolito y las placas de plomo, la tabla siguiente muestra esta relación:

Vistas las consecuencias de las temperaturas altas ahora veremos la de las temperaturas bajas. Cuando la temperatura cae, por debajo de cero, se corre el riesgo de que el electrolito se congele. Cuando esto sucede, aumenta su volumen y esto puede provocar que se dañen las celdas o se rompa el recipiente de la batería.

Hay que remarcar, que este fenómeno, lo veremos sobre todo cuando la batería esta descargada, dado que cuando está descargada la concentración de ácido del electrolito disminuye y esto acerca su punto de congelación a 0ºC (concretamente una batería descargada se puede congelar alrededor de los -10ºC). Por contra cuando está cargada y la concentración de ácido aumenta, el propio ácido hace de anticongelante aumentando el punto de congelación (aproximadamente a -58ºC).

Ventajas:

Bajo coste

Fiabilidad

Soportan grandes descargas puntuales 

Desventajas:

No soportan muchos ciclos de descarga profunda

Necesitan mantenimiento (rellenar con agua destilada)

Les afecta mucho la temperatura