Si hay un elemento básico en un coche eléctrico que lo diferencie de un vehículo con motor de combustión, sin duda es la batería. Y la propia batería está compuesta de diferentes componentes. Pero hay uno que forma parte de la propia definición de la misma, y es la celda de la batería.
¿Qué es la celda de una batería?
Si hablamos de palabras como átomo, que era consideraba como el elemento básico de la materia, al creer que no era divisible, o palabras como célula, que se consideraba la mínima forma de vida, nos damos cuenta de la tendencia del ser humano por simplificarlo todo para entenderlo mejor.
La celda de una batería sería el equivalente en una batería eléctrica a lo que es un átomo para la materia o una célula para la vida. Es más, la propia palabra célula proviene de la palabra celda, por lo que el nombre no es casual.
Una celda de una batería es, en realidad, una batería en sí misma. Tiene todo lo necesario para actuar como una batería independiente. Como una analogía con átomo y célula, la celda es la unidad mínima que puede ser considerada una batería eléctrica.
¿Por qué diferenciamos entre celda y batería?
La pregunta obvia que surge es por qué entonces diferenciamos entre una celda y una batería si ya hemos dicho que una celda es una batería en sí misma. Pues porque la realidad es que una única celda no contiene suficiente capacidad energética para alimentar la inmensa mayoría de dispositivos. Es necesario un conjunto de celdas. Y a todo ese conjunto de celdas y al resto de elementos requeridos para que todo funcione como un todo único es a lo que denominamos batería.
Una batería por lo general estará compuesta de muchas celdas unidas entre sí. De hecho, si desmontamos cualquier batería de un coche eléctrico encontraremos una gran cantidad de celdas.
Componentes de una celda de batería
- Ánodo: El ánodo es el electrodo donde ocurre la oxidación durante la descarga de la batería. En una celda de ion de litio, por ejemplo, el ánodo suele estar compuesto de grafito, que actúa como un host para los iones de litio.
- Cátodo: El cátodo es el electrodo donde ocurre la reducción durante la descarga de la batería. En el caso de una celda de ion de litio, el cátodo puede estar compuesto de óxidos metálicos, como el óxido de cobalto y litio.
- Electrolito: El electrolito es el medio que permite el flujo de iones entre el ánodo y el cátodo durante la carga y descarga. Puede ser líquido, gel o sólido, dependiendo del tipo de batería. En las baterías de ion de litio, el electrolito suele ser una solución de sales de litio.
- Separador: El separador es una barrera permeable que evita el contacto directo entre el ánodo y el cátodo, previniendo cortocircuitos. Generalmente, está hecho de materiales porosos y permite el paso de iones mientras mantiene la separación física.
- Conductores: Los conductores eléctricos conectan el ánodo y el cátodo a través de un circuito externo, permitiendo que los electrones fluyan y generen una corriente eléctrica. Los conductores suelen ser láminas metálicas, como el cobre en el lado del cátodo y el aluminio en el lado del ánodo.
- Caja o envoltura: La caja o envoltura encapsula y protege los componentes internos de la celda. Por lo general, está hecha de materiales resistentes y ligeros.
Cómo es una celda de batería y qué tipos hay
Hay diferentes tipos de celda de batería en función de la forma que tienen y de la tecnología química que tienen cada una.
Tipos de celda por forma
- Celdas cilíndricas: Las celdas cilíndricas son ampliamente utilizadas y reconocibles, especialmente en baterías recargables estándar. Este diseño, comúnmente denominado «formato 18650» (18 mm de diámetro y 65 mm de longitud), se encuentra en muchos dispositivos electrónicos, herramientas eléctricas y vehículos eléctricos. Son muy parecidas a una pila AA convencional.
- Celdas prismáticas: Las celdas prismáticas tienen una forma plana y rectangular, lo que facilita su colocación en dispositivos electrónicos con espacio limitado. Son comunes en laptops, tabletas y dispositivos similares. Aunque su capacidad puede ser ligeramente menor en comparación con las celdas cilíndricas, ofrecen una mayor flexibilidad de diseño.
- Celdas de botón: Estas celdas, también conocidas como celdas de moneda, son pequeñas y planas, con un aspecto similar al de una moneda. Se utilizan comúnmente en dispositivos pequeños como relojes, audífonos y otros dispositivos portátiles de tamaño reducido.
- Celdas flexibles: Las celdas flexibles son relativamente nuevas en el mercado y están diseñadas para ser flexibles y conformarse a formas específicas.
- Celdas de lámina delgada: Estas celdas son extremadamente delgadas y ligeras, ideales para dispositivos que necesitan una fuente de energía delgada, como tarjetas inteligentes o dispositivos de baja potencia.
- Celdas modulares: En aplicaciones de almacenamiento de energía a gran escala, se utilizan celdas modulares que se ensamblan en módulos más grandes. Estos módulos pueden combinarse para formar sistemas de almacenamiento de energía a escala industrial.
Tipos de celda por química
- Baterías de ion de litio (Li-ion): Las baterías de ion de litio son ampliamente utilizadas en dispositivos electrónicos como teléfonos móviles, laptops y cámaras. Ofrecen una alta densidad de energía y una larga vida útil. Además, son ligeras y recargables. Su tecnología se basa en la transferencia de iones de litio entre el cátodo y el ánodo durante los ciclos de carga y descarga.
- Baterías de polímero de litio (Li-Po): Similar a las baterías de ion de litio, las baterías de polímero de litio utilizan un electrolito sólido en lugar de líquido. Esto las hace más delgadas y flexibles, lo que las hace ideales para dispositivos con formas específicas. Son comúnmente utilizadas en dispositivos más delgados y ligeros.
- Baterías de fosfato de hierro y litio (LFP): También conocidas como baterías ternarias, representan una innovadora variante de las baterías de ion de litio, destacándose por su composición con fosfato de hierro, lo que les confiere una mayor estabilidad térmica y seguridad. Su ciclo de vida prolongado, eficiencia de carga y descarga, y la ausencia de cobalto las convierten en una opción de futuro para diversas aplicaciones, desde sistemas de almacenamiento de energía en el hogar hasta vehículos eléctricos.
- Baterías de níquel-metal hidruro (Ni-MH): Estas baterías son conocidas por su capacidad de almacenamiento de energía y su menor impacto ambiental en comparación con las baterías de níquel-cadmio. Aunque han sido desplazadas en algunos ámbitos por las baterías de ion de litio, aún se utilizan en aplicaciones como herramientas eléctricas y baterías recargables.
- Baterías de níquel-cadmio (Ni-Cd): Aunque han perdido popularidad debido a sus componentes tóxicos y menor capacidad en comparación con las baterías modernas, las baterías de níquel-cadmio se encuentran en algunas aplicaciones especializadas. Estas baterías son recargables y han sido reemplazadas en gran medida por tecnologías más avanzadas.
- Baterías de plomo-ácido: Ampliamente utilizadas en aplicaciones automotrices, las baterías de plomo-ácido son robustas y económicas. Se dividen en baterías de arranque y baterías estacionarias. Aunque son pesadas y tienen una menor densidad de energía, son adecuadas para aplicaciones donde la portabilidad no es una prioridad.
Las celdas de la batería son elementos clave en cualquier vehículo eléctrico. Entenderlas es una base de conocimiento importantísima para cualquier aficionado al mundo de los coches. Y será algo obligatorio para cualquier mecánico de nueva generación.
