Dos de los tipos de batería con los que está más familiarizado, quizás sin siquiera saberlo, son la batería de plomo-ácido y la batería de iones de litio. La mayoría de los automóviles en Estados Unidos llevan una batería de plomo-ácido a bordo, mientras que prácticamente todas las computadoras portátiles y Blackberry obtienen energía de una batería de iones de litio. Un tipo de batería es bueno para su automóvil y el otro para su teléfono celular proviene de los químicos que se utilizan dentro de cada tipo de batería.
Conceptos básicos de la batería
Una batería es un dispositivo electroquímico, lo que significa que crea electricidad a través de reacciones químicas controladas entre diferentes sustancias. La mayoría de las baterías, incluidas las de iones de litio y las de plomo-ácido, incluyen un ánodo, un cátodo y una sustancia entre ellos sirve como electrolito. El ánodo suele ser el terminal positivo y la corriente eléctrica fluye hacia él cuando la batería está en uso. El cátodo suele ser el terminal negativo y, cuando está en uso, sale corriente eléctrica. La química entre ellos es lo que proporciona a la corriente eléctrica su carga, pero requieren una tercera sustancia en forma de electrolito para que sirva como medio. Si el ánodo y el cátodo entraran en contacto, el resultado sería un cortocircuito.
Electroquímica de plomo ácido
El ánodo y el cátodo en una batería de plomo-ácido típica están hechos de plomo y dióxido de plomo, y están puenteados por un electrolito de una solución que es aproximadamente un tercio de ácido sulfúrico. A medida que la batería descarga electricidad, la reacción química convierte gradualmente los dos electrodos en sulfato de plomo. La recarga de la batería revierte parcialmente esa conversión.
Electroquímica de iones de litio
Las baterías de iones de litio utilizan una variedad de sustancias, siendo el elemento común la migración de litio entre los electrodos durante la reacción de producción de electricidad. El grafito se usa típicamente para hacer el ánodo, mientras que los cátodos pueden estar hechos de óxido de cobalto y litio, fosfato de hierro y litio u óxido de manganeso y litio, y otras sustancias a base de litio. El electrolito es típicamente una solución de sal de litio en un disolvente orgánico. La recarga de una batería de iones de litio revierte la migración de litio en la química de la batería.
Características de plomo ácido
Las baterías de plomo-ácido son uno de los diseños de baterías recargables prácticos más antiguos, que data de mediados del siglo XIX. Tienen uno de los diseños de batería de menor energía a peso y energía a volumen que existen, lo que los hace muy grandes y pesados para la cantidad total de energía que pueden producir. Lo que sí tienen a su favor es que tienen una relación de aumento a peso muy alta, lo que significa que pueden entregar una gran descarga de electricidad de una vez. Esto los hace perfectos para aplicaciones que necesitan una gran y repentina oleada de energía, como arrancadores de automóviles. Las baterías de plomo ácido también son baratas de producir. Sin embargo, no son muy buenos en roles que requieren un suministro de electricidad constante, bajo o medio durante un largo período de tiempo. También tienen tiempos de recarga prolongados.
Características de iones de litio
Especialmente en comparación con una batería de plomo-ácido, los diseños de iones de litio tienen una alta relación potencia-peso y potencia-volumen. Sería difícil imaginar computadoras portátiles modernas, teléfonos celulares y otros dispositivos electrónicos sedientos de energía sin estos baterías, porque satisfacer esas demandas de energía con otros diseños de baterías significaría baterías más toscas con más cortos vidas. Incluso hay baterías de iones de litio con una gran capacidad de sobretensión, como la de una batería de plomo ácido. Sin embargo, tienen dos grandes inconvenientes. Primero, son muy costosos de fabricar. En segundo lugar, su capacidad para mantener una carga se deteriora incluso cuando la batería no está en uso. Una batería de plomo-ácido puede seguir funcionando con buena capacidad durante varios años. Cualquiera que haya guardado la misma batería de teléfono celular o computadora portátil durante un año o dos sabe que no se puede decir lo mismo de la batería típica de iones de litio.