una batería es una colección de una o más células que pasan por reacciones químicas para crear el flujo de electrones dentro de un circuito. Hay mucha investigación y avances en la tecnología de baterías, y como resultado, se están experimentando y utilizando tecnologías innovadoras en todo el mundo actualmente. Las baterías entraron en juego debido a la necesidad de almacenar la energía eléctrica generada., Por mucho que se generara una buena cantidad de energía, era importante almacenar la energía para que pudiera ser utilizada cuando la generación está baja o cuando hay una necesidad de alimentar dispositivos independientes que no se pueden mantener atados al suministro de la red eléctrica. Aquí debe tenerse en cuenta que solo DC se puede almacenar en las baterías, la corriente alterna no se puede almacenar.,
celdas de la Batería están generalmente se compone de tres componentes principales;
- El Ánodo (Electrodo Negativo)
- El Cátodo (Electrodo Positivo)
- Los electrolitos
El ánodo es un electrodo negativo que produce electrones del circuito externo para que la batería está conectada. Cuando las baterías están conectadas, se inicia una acumulación de electrones en el ánodo que causa una diferencia de potencial entre los dos electrodos., Los electrones naturalmente tratan de redistribuirse a sí mismos, esto es impedido por el electrolito, por lo que cuando un circuito eléctrico está conectado, proporciona una ruta clara para que los electrones se muevan del ánodo al cátodo, alimentando así el circuito al que está conectado. Al cambiar la disposición y el material utilizado para construir el ánodo, el cátodo y el electrolito, podemos lograr muchos tipos diferentes de químicos de batería que nos permiten diseñar diferentes tipos de celdas de batería. En este artículo vamos a entender los diferentes tipos de baterías y sus usos, así que vamos a empezar.,
tipos de baterías
Las baterías generalmente se pueden clasificar en diferentes categorías y tipos, que van desde la composición química, el tamaño, el factor de forma y los casos de uso, pero bajo todos estos hay dos tipos principales de baterías;
- baterías primarias
- baterías secundarias
echemos un vistazo más profundo para comprender las principales diferencias entre una celda de primacía y una celda secundaria.
baterías primarias
Las baterías primarias son baterías que no se pueden recargar una vez agotadas., Las baterías primarias están hechas de células electroquímicas cuya reacción electroquímica no se puede revertir.
Las baterías primarias existen en diferentes formas que van desde celdas de monedas hasta baterías AA. Se utilizan comúnmente en aplicaciones independientes donde la carga es poco práctica o imposible. Un buen ejemplo de lo cual es en dispositivos de Grado Militar y equipos alimentados por baterías. No será práctico usar baterías recargables, ya que recargar una batería será lo último en la mente de los soldados., Las baterías primarias siempre tienen una alta energía específica y los sistemas en los que se utilizan siempre están diseñados para consumir una baja cantidad de energía para permitir que la batería dure el mayor tiempo posible.
algunos otros ejemplos de dispositivos que utilizan baterías primarias incluyen; fabricantes de ritmo, rastreadores de animales, relojes de pulsera, controles remotos y juguetes para niños, por mencionar algunos.
El tipo más popular de baterías primarias son las baterías alcalinas. Tienen una alta energía específica y son respetuosos con el medio ambiente, rentables y no tienen fugas incluso cuando se descargan completamente., Pueden almacenarse durante varios años, tener un buen historial de seguridad y pueden transportarse en una aeronave sin estar sujetos a las normas de transporte de las Naciones Unidas y otras normas. El único inconveniente de las baterías alcalinas es la baja corriente de carga, que limita su uso a dispositivos con bajos requisitos de corriente como controles remotos, linternas y dispositivos de entretenimiento portátiles.
baterías secundarias
Las baterías secundarias son baterías con celdas electroquímicas cuyas reacciones químicas se pueden invertir aplicando un cierto voltaje a la batería en la dirección invertida., También conocidas como baterías recargables, las celdas secundarias a diferencia de las celdas primarias se pueden recargar después de que la energía de la batería se haya agotado.
se utilizan típicamente en aplicaciones de alto drenaje y otros escenarios donde será demasiado costoso o impracticable usar baterías de carga única., Las baterías secundarias de pequeña capacidad se utilizan para alimentar dispositivos electrónicos portátiles como teléfonos móviles y otros aparatos y electrodomésticos, mientras que las baterías de servicio pesado se utilizan para alimentar diversos vehículos eléctricos y otras aplicaciones de alto drenaje como la nivelación de carga en la generación de electricidad. También se utilizan como fuentes de energía independientes junto con Inversores para suministrar electricidad. Aunque el costo inicial de adquirir baterías recargables es siempre mucho más alto que el de las baterías primarias, son las más rentables a largo plazo.,
Las baterías secundarias se pueden clasificar en varios otros tipos según su química. Esto es muy importante porque la química determina algunos de los atributos de la batería, incluida su energía específica, vida útil, vida útil y precio, por mencionar algunos.
los siguientes son Los diferentes tipos de baterías recargables que se utilizan comúnmente.,
- litio-ion(Li-ion)
- Níquel-Cadmio(Ni-Cd)
- níquel-metal hidruro(Ni-MH)
- plomo-ácido
baterías de níquel–cadmio
la batería de níquel-cadmio (batería NiCd o batería NiCad) es un tipo de batería recargable que se desarrolla utilizando hidróxido de óxido de níquel y cadmio metálico como electrodos. Las baterías de Ni-Cd sobresalen en mantener el voltaje y mantener la carga cuando no están en uso. Sin embargo, las baterías de Ni-Cd caen fácilmente víctimas del temido efecto de «memoria» cuando se recarga una batería parcialmente cargada, lo que reduce la capacidad futura de la batería.,
en comparación con otros tipos de celdas recargables, las baterías de Ni-Cd ofrecen un buen ciclo de vida y rendimiento a bajas temperaturas con una capacidad justa, pero su ventaja más significativa será su capacidad para entregar su capacidad nominal completa a altas tasas de descarga. Están disponibles en diferentes tamaños, incluidos los tamaños utilizados para pilas alcalinas, AAA A D. Las celdas de Ni-Cd se utilizan individuales o ensambladas en paquetes de dos o más celdas., Los paquetes pequeños se utilizan en dispositivos portátiles, electrónica y juguetes, mientras que los más grandes encuentran aplicación en baterías de arranque de aviones, vehículos eléctricos y fuentes de alimentación de reserva.
algunas de las propiedades de las baterías de níquel-cadmio se enumeran a continuación.
baterías de hidruro metálico de níquel
el hidruro metálico de níquel (Ni-MH) es otro tipo de configuración química utilizada para baterías recargables. La reacción química en el electrodo positivo de las baterías es similar a la de la célula de níquel–cadmio (NiCd), con ambos tipos de baterías usando el mismo hidróxido de óxido de níquel (NiOOH)., Sin embargo, los electrodos negativos en el hidruro de níquel-Metal utilizan una aleación Absorbente de hidrógeno en lugar de cadmio que se utiliza en las baterías NiCd
.
Las baterías NiMH encuentran aplicación en dispositivos de alto drenaje debido a su alta capacidad y densidad de energía. Una batería NiMH puede poseer dos o tres veces la capacidad de una batería NiCd del mismo tamaño, y su densidad de energía puede acercarse a la de una batería de iones de litio. A diferencia de la química NiCd, las baterías basadas en la química NiMH no son susceptibles al efecto de «memoria» que experimentan los NiCads.,
a continuación se muestran algunas de las propiedades de las baterías basadas en la química del hidruro de níquel-metal;
baterías de iones de litio
Las baterías de iones de litio son uno de los tipos más populares de baterías recargables. Hay muchos tipos diferentes de baterías de litio, pero entre todas las baterías de iones de litio son las más utilizadas. Puede encontrar estas baterías de litio que se utilizan en diferentes formas popularmente entre los vehículos eléctricos y otros dispositivos portátiles., Si tiene curiosidad por saber más sobre las baterías utilizadas en vehículos eléctricos, puede consultar este artículo sobre baterías de vehículos eléctricos. Se encuentran en diferentes aparatos portátiles, incluidos teléfonos móviles, dispositivos inteligentes y varios otros aparatos de batería utilizados en el hogar. También encuentran aplicaciones en aplicaciones aeroespaciales y militares debido a su naturaleza liviana.,
Las baterías de iones de litio son un tipo de batería recargable en la que los iones de litio del electrodo negativo migran al electrodo positivo durante la descarga y migran de nuevo al electrodo negativo cuando se está cargando la batería. Las baterías de iones de litio utilizan un compuesto de litio intercalado como material de electrodo, en comparación con el litio metálico utilizado en las baterías de litio no recargables.
Las baterías de iones de litio generalmente poseen alta densidad de energía, poco o ningún efecto de memoria y baja autodescarga en comparación con otros tipos de baterías., Su Química junto con el rendimiento y el costo varían según los diferentes casos de uso, por ejemplo, las baterías de iones de litio utilizadas en dispositivos electrónicos portátiles generalmente se basan en óxido de cobalto de litio (LiCoO2) que proporciona una alta densidad de energía y bajos riesgos de seguridad cuando se dañan, mientras que las baterías de iones de litio basadas en fosfato de hierro de litio que ofrecen una menor densidad de energía son más seguras debido a una menor probabilidad de que ocurran eventos desafortunados son ampliamente utilizadas en la alimentación de herramientas eléctricas y equipos médicos., Las baterías de iones de litio ofrecen la mejor relación rendimiento / peso con la batería de azufre de litio que ofrece la relación más alta.
algunos de los atributos de las baterías de iones de litio se enumeran a continuación;
baterías de plomo-ácido
Las baterías de plomo-ácido son un caballo de batalla de energía confiable de bajo costo utilizado en aplicaciones de servicio pesado. Por lo general, son muy grandes y, debido a su peso, siempre se utilizan en aplicaciones no portátiles, como almacenamiento de energía de paneles solares, encendido y luces de vehículos, energía de respaldo y nivelación de carga en la generación/distribución de energía., El plomo-ácido es el tipo más antiguo de batería recargable y sigue siendo muy relevante e importante en el mundo de hoy. Las baterías de plomo-ácido tienen muy bajas relaciones de energía a volumen y energía a Peso, pero tiene una relación de potencia a peso relativamente grande y, como resultado, puede suministrar enormes corrientes de sobretensión cuando sea necesario. Estos atributos junto con su bajo costo hacen que estas baterías sean atractivas para su uso en varias aplicaciones de alta corriente, como la alimentación de motores de arranque de automóviles y para el almacenamiento en fuentes de alimentación de respaldo., También puede consultar el artículo sobre el funcionamiento de las baterías de plomo-ácido si desea saber más sobre los diferentes tipos de baterías de plomo-ácido, su construcción y aplicaciones.
cada una de estas baterías tiene su área de mejor ajuste y la siguiente imagen es para ayudar a elegir entre ellas.,
seleccionar la batería adecuada para su aplicación
uno de los principales problemas que obstaculizan las revoluciones tecnológicas como IoT es la energía, la duración de la batería afecta el despliegue exitoso de dispositivos que requieren una batería de larga duración y, a pesar de que se están adoptando varias técnicas de administración de energía para que la batería dure más, se debe seleccionar una batería compatible para lograr el resultado deseado.
a continuación se muestran algunos factores a considerar al seleccionar el tipo correcto de batería para su proyecto.
1., Densidad de energía: la densidad de energía es la cantidad total de energía que se puede almacenar por unidad de masa o volumen. Esto determina cuánto tiempo permanece encendido el dispositivo antes de que necesite una recarga.
2. Densidad de potencia: tasa máxima de descarga de energía por unidad de masa o volumen. Baja potencia: portátil, i-pod. Alta potencia: herramientas eléctricas.
3. Seguridad: es importante tener en cuenta la temperatura a la que funcionará el dispositivo que está construyendo. A altas temperaturas, ciertos componentes de la batería se descomponen y pueden sufrir reacciones exotérmicas. Las altas temperaturas generalmente reducen el rendimiento de la mayoría de las baterías.,
4. Durabilidad del ciclo de vida: la estabilidad de la densidad de energía y la densidad de potencia de una batería con ciclos repetidos (carga y descarga) es necesaria para la larga duración de la batería requerida por la mayoría de las aplicaciones.
5. Costo: el costo es una parte importante de cualquier decisión de ingeniería que tome. Es importante que el costo de su elección de batería sea proporcional a su rendimiento y no aumente el costo total del proyecto de manera anormal.