Breve historia del desarrollo de las baterías de plomo/ácido.

 La batería de plomo-ácido fue creada por el francés Gastón Planté. Se enviaron las primeras muestras a la Academia de Ciencias de Francia en 1860; en ese momento, la batería era una curiosidad de laboratorio. No fue sino hasta 13 años después (en 1873), cuando apareció el generador de corriente contínua que la batería de plomo-ácido se volvió gradualmente interesante y práctica para almacenar la energía producida por el dínamo, alimentar lámparas incandecentes y telégrafos.

    Mas adelante, en 1881, el francés Camille Alphonse Fauré adoptó el uso de compuestos de plomo para recubrir láminas de plomo, que pueden formar rápidamente sustancias activas.

    El inglés Sellon inventó la rejilla de aleación de plomo y antimonio, generalmente en porcentajes del 6% al 10%. Esta rejilla se combinó con el método de recubrimiento en polvo Fauré, y apareció la llamada placa recubierta de pasta. Este método de producción es simple, eficiente y convenientemente económico para la producción industrial en masa.

   Posteriormente, la batería de plomo7ácido fue mejorada y optimizada por el científico británico John Phillips y el estadounidense Thomas Edison, lo que condujo a su uso generalizado en aplicaciones prácticas.  Desde 1910, las baterías de plomo-ácido se han utilizado en automóviles, motocicletas, ferrocarriles, minería, comunicaciones y otros campos.

Cronología del desarrollo de las baterías de plomo-ácido     

- 1860

Planté realizó la primera batería de plomo-ácido utilizando ácido sulfúrico diluido como electrolito para formar un material activo a partir de la placa de plomo, mediante cargas y descargas repetidas.

- 1873

Con el advenimiento del generador de corriente contínua, la batería de plomo-ácido ha devenido en ser  una fuente de energía eléctrica confiable y práctica.

- 1881

Sellon inventó la rejilla de aleación de plomo-antimonio;y  Fauré inventó el método de aplicar pasta sobre plomo para formar sustancias activas.

- 1882

Cladstone y Tribe propusieron y establecieron la fórmula de reacción química aceptada, describiendo la ecuación de su funcionamiento:        

PbO₂ + 2H₂SO₄ + 2e^- → 2H₂O + PbSO₄ + SO₄^2-

Pb + SO₄^2- → PbSO₄ + 2e^-

- 1886

Udor y Lucas completaron un método conveniente para formar placas positivas (electrolito más grabador).

- 1910

Exide Corporation, una empresa norteamericana, introdujo placas positivas tubulares. Las placas negativas eran planas y empastadas con una masa de plomo puro y las positivas estaban compuestas de una serie de tubos de goma rígida  vulcanizada porosos, que en su interior contenían polvo de óxido de plomo como material reaccionante. 

- 1912 

Cadillac marcó un hito en la historia del automóvil al convertirse en el primer vehículo del mundo equipado con arranque eléctrico. Anteriormente, se encendía el vehículo mediante una manivela que hacía girar el cigüenal del motor para que arranque. 

- 1935

Haring y Thomas inventaron rejillas de aleación de plomo y antimonio, lo que mejoraba la resistencia estructural de las rejillas planas; Slegler inventó los tubos de fibra de vidrio para reemplazar los tubos de goma desarrollados por Exide Co. y que se usaban anteriormente para las placas tubulares.

- 1950 a 1970

Con la incorporación de sistemas eléctricos adicionales (como luces, radios y ventiladores) en los vehículos, la batería dejó de ser solo un elemento para el arranque y pasó a ser la fuente principal de energía para múltiples dispositivos. Esto llevó a los fabricantes a mejorar la densidad de energía y la estabilidad de las baterías. Se optimizaron las composiciones de las aleaciones de plomo y se perfeccionaron los procesos de fabricación para obtener celdas con una mayor vida útil, resistencia a vibraciones y capacidad de soportar ciclos de carga y descarga más intensos. Como resultado, las baterías ofrecían un rendimiento consistente, incluso bajo condiciones de uso exigentes.

- 1970

Deviff creó la primera batería regulada por válvula, permitiendo el uso de menor cantidad de electrolito y una eficiente recuperación de los gases de Hidrógeno y Oxígeno de este, producidos durante el proceso electrolítico durante la etapa de carga.

-1971 a 1979

Entre otros, se llevaron a cabo varios avances que hasta la actualidad se emplean en la fabricación de baterías: 

1-  la rejilla de malla expandida.

2.- Separadores de PE (polipropileno) y Separadores de PVC tipo sobre. 

3.- Tecnología de soldadura monolítica a través de la pared de los tabiques internos del monoblock (caja de la batería). 

4.- Aparecen las rejillas de aleación plomo-selenio, dando paso a baterías de bajo mantenimiento.

-1980 a 1990

El mayor hito de esta década fue la transición del estandard de 6V a 12V. En las primeras décadas del automovilismo, muchos vehículos utilizaban baterías de 6V. Sin embargo, conforme la demanda de potencia eléctrica creció, se hizo necesario adoptar un sistema que permitiera un arranque más eficaz y el funcionamiento simultáneo de múltiples dispositivos. La transición al sistema de 12V se estableció como estándar por varias razones:

1- Mayor potencia de arranque: Un sistema de 12V facilita el arranque del motor en condiciones adversas.

2.- Compatibilidad con sistemas eléctricos complejos: Permite la integración de nuevos equipos electrónicos y de seguridad sin comprometer el rendimiento.

3.- Optimización energética: La estandarización facilitó la producción en masa de baterías mas pequeñas en volumen y peso, reduciendo costos y mejorando la fiabilidad en la cadena de suministros.

-1990 a 2005

Aparecen las baterías libres de mantenimiento. 

La introducción de baterías selladas sin necesidad de añadir agua supuso un salto cualitativo en el diseño y mantenimiento de las baterías de arranque. Estas baterías selladas eliminan la necesidad de revisiones periódicas para reponer agua, lo que reduce el riesgo de fugas y derrames y facilita un mantenimiento más sencillo y seguro.

Además, se logró una mayor durabilidad gracias a las mejoras en la aleación de plomo-calcio. La optimización en la composición de las placas, que incorporó elementos capaces de reducir la autodescarga, permitió que las baterías mantuvieran su carga durante períodos más largos y ofrecieran un rendimiento más consistente a lo largo de su vida útil.

Otro avance importante fue el uso de separadores mejorados y una construcción interna reforzada. Estos elementos actúan para minimizar la formación de cristales de sulfato de plomo (sulfatación), uno de los principales factores que deterioran la capacidad y el funcionamiento de las baterías con el tiempo. Los separadores de última generación facilitan una circulación óptima del electrolito, contribuyendo a preservar la eficiencia electroquímica y prolongar la vida operativa del acumulador.

En cuanto a la carcasa o monoblock de la batería, este componente también experimentó importantes cambios en sus materiales. Tradicionalmente, las carcasas se fabricaban con materiales como la ebonita (que es un material que se compone entre otros materiales de goma elástica) o incluso vidrio, que ofrecían una protección limitada contra las condiciones adversas de uso. Con el avance de la tecnología, se adoptaron materiales plásticos de alta resistencia, como el ABS y el polipropileno.

Las principales mejoras que se obtuvieron con estos cambios de materiales:

1.- Resistencia a la corrosión y al calor: Estos plásticos son altamente resistentes a la acción corrosiva del ácido sulfúrico y pueden soportar las elevadas temperaturas generadas durante el proceso de carga y descarga.

2.- Mayor impacto y durabilidad: La nueva generación de carcasas ofrece una mejor protección contra golpes, vibraciones y otros factores mecánicos, reduciendo el riesgo de roturas o deformaciones.

3.- Hermeticidad y seguridad: La capacidad de estos materiales para conformarse de manera precisa permite lograr un sellado óptimo, evitando la entrada de humedad o impurezas que puedan afectar el funcionamiento interno de la batería.

4.- Propiedades retardantes de llama: Además, se han incorporado formulaciones retardantes de llama que mejoran la seguridad, minimizando la propagación de incendios en caso de sobrecarga o fallos internos.

- 2005 a 2025

Los mayores avances se dan en el establecimiento de 4 subclases de baterías de plomo/acido del tipo libres de mantenimiento, que podemos denominar como SLI y VRLA mejoradas (aleación plomo-calcio-estaño-plata), EFB (aleación plomo-carbono), AGM (electrolito absorvido en membrana de fibra de vidrio) y GEL (electrolito gelificado en solución de sílice). Pero no menos importante es la estandarización de nuevos sistemas industriales de producción más eficientes que el de la rejilla obtenida por fundición y colada dentro de matrices o moldes, que fué utilizado prácticamente de manera masiva durante un siglo. Estas nuevas tecnologías son las siguientes: Laminación, Prensado y Expandido. Sobre estos 3 sistemas se van ramificando y combinando todos los métodos actuales de producción.

Mas adelante, en futuras publicaciones en este blog analizaremos en detalle cada uno de los hitos y tendencias del periodo actual. Esperamos que le haya gustado la información compartida hasta el momento. Asimismo, lo invitamos a dejar en la sección de comentarios su apreciación a fin de tener un motivador feedback que nos inspire a seguir publicando. ¡Hasta la próxima!.

 Como almacena y entrega energía eléctrica la batería de plomo/ácido.

 

La reacción electroquímica en una batería de plomo-ácido involucra la transformación del plomo, dióxido de plomo y ácido sulfúrico en sulfato de plomo y agua durante la descarga. Durante la carga, esta reacción se invierte regenerando los reactivos o “materiales activos” de las placas.

Pero para que pueda existir un flujo de corriente eléctrica es condición necesaria que sus bornes se encuentren conectados a un circuito o a algún artefacto que demande este tipo de energía, dando inicio a la reacción de descarga; o a un generador de corriente eléctrica del tipo DC (corriente contínua) que dé comienzo a la reacción química de carga.  

Esto es así porque la batería no guarda energía eléctrica, la genera a partir de la reacción química que se produce de la interacción de sus componentes constitutivos, y el catalizador para que haya un flujo de electrones siempre será un dispositivo externo. Lo que debe quedar muy claro es que la batería no es un mero recipiente que guarda corriente eléctrica (como vulgarmente se cree); sino que es un reactor químico con capacidad de generarla y también de absorberla.

A continuación, veremos paso a paso como actúa y que ocurre en cada componente:

Durante la Descarga:

Placa positiva (dióxido de plomo): PbO₂ + 4H⁺ + SO₄²⁻ + 2e⁻ → PbSO₄ + 2H₂O

Placa negativa (plomo): Pb + SO₄²⁻ → PbSO₄ + 2e⁻

Eléctrolito (ácido sulfúrico): Se convierte en sulfato de plomo y agua.

El dióxido de plomo y el plomo reaccionan con el ácido sulfúrico para formar sulfato de plomo, liberando electrones y creando una corriente eléctrica.

Durante la Carga:

Placa positiva: PbSO₄ + 2H₂O → PbO₂ + 4H⁺ + SO₄²⁻ + 2e⁻

Placa negativa: PbSO₄ + 2e⁻ → Pb + SO₄²⁻

Eléctrolito: El sulfato de plomo se convierte de nuevo en ácido sulfúrico y agua.

La corriente eléctrica externa fuerza la reversión de la reacción de descarga, restaurando el plomo y el dióxido de plomo y regenerando el ácido sulfúrico.

Resumen de los conceptos clave:

Redox:
La reacción es un proceso que en Química se conoce como REDOX (Reacción de Reducción-Oxidación), donde la oxidación (pérdida de electrones) ocurre en el plomo y la reducción (ganancia de electrones) ocurre en el dióxido de plomo.

Electrolito:
El ácido sulfúrico actúa como electrolito, facilitando el movimiento de iones y permitiendo la generación electroquímica de la corriente eléctrica.

Sulfato de plomo:
El sulfato de plomo se forma en ambas placas durante la descarga, y se convierte de nuevo en plomo y dióxido de plomo durante la carga.

 

Estos conceptos son clave para poder diagnosticar correctamente el funcionamiento de una batería de plomo/ácido, posibles fallas, mitos instalados, uso de algoritmos de recarga, características de aplicación adecuadas y comprensión de las capacidades normalizada, entre otras cosas; que serán parte de futuros nuevos capítulos de información que publicaremos en este blog. Como siempre, destacamos que ante cualquier sugerencia, duda o inquietud, nos la puede acercar a través de la sección de comentarios.

 

 Qué es y cómo está compuesta una batería de plomo / ácido.

La batería de su vehículo es un acumulador electroquímico de energía eléctrica cuya principal función es suministrar la potencia necesaria al motor de arranque para que este pueda a su vez encender el motor de combustión, que, en otras palabras, es el motor principal.

Una vez en marcha el motor de combustión de su vehículo, un componente electromecánico llamado alternador devuelve a la batería la corriente suministrada en el momento de arranque y también se ocupa de generar toda la energía eléctrica que requiera el auto para su funcionamiento y el del equipamiento de confort y seguridad, quedando la batería como respaldo de emergencia ante alguna eventual falla o deficiencia en las funciones que debe cumplir el alternador.

O sea, mientras el motor esté apagado, la batería es la que suministra la corriente al vehículo; una vez que el auto ya encendió, el alternador no solo toma su lugar, sino que le devuelve la energía que se utilizó para ponerlo en marcha.

Se la llama "batería" por la forma en que está construida. La palabra "batería" es sinónimo de un conjunto de elementos; en este caso, de acumuladores. Al igual que una batería musical está compuesta de varios instrumentos de percusión, una batería de cocina de ollas y sartenes o una batería de artillería está compuesta de varios cañones; la batería de plomo y ácido está compuesta por varios elementos (o grupos de placas y ácido).

Cada "elemento" o "grupo de placas" de plomo, en asociación con el ácido sulfúrico, permite desarrollar un potencial eléctrico de 2,1 Voltios. Para construir una "batería de 12 Volt" se necesita interconectar en serie 6 elementos o grupos de placas, obteniendo un voltaje final de 12,6. 

El elemento o grupo en sí, a su vez está compuesto por al menos 2 "placas" (una positiva y otra negativa) y por un separador micro poroso resistente al ácido para evitar el contacto entre ambas.

Cada "placa" consta de dos partes: la "rejilla" y el "material activo" que se encuentra adherido sobre esta última. Las placas positivas son rejillas empastadas con óxido de plomo y las placas negativas son rejillas revestidas de plomo puro esponjoso de elevada pureza.

Todos los elementos (o grupos de placas) son contenidos junto al ácido sulfúrico en un contenedor plástico con segmentos estancos internos, y tanto las interconexiones entre elementos como los bornes de conexión la batería al vehículo, también son de plomo.

🙋 En otras entradas futuras de nuestro blog, seguiremos ahondando en todo lo que hace a su funcionamiento, tipos, fallas, diagnósticos, recomendaciones, noticias y tips. Siempre agradecemos sus comentarios o inquietudes☺

A continuación, para cerrar este ártículo, una serie de gráficos esquemáticos para ilustrar el concepto de batería de plomo/ácido y su función principal dentro del vehículo. En ellas se observa el despiece de una batería, la interconexión eléctrica interna, y su relación con los componentes del circuito eléctrico de potencia del vehículo.