Analisis del rendimiento de baterias (PDF)

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Rendimiento de las distintas
tecnologı́as de pilas no recargables

Las primeras baterías fueron utilizadas principalmente con fines experimentales. Las tensiones
fluctuaban bajo carga y eso las hizo poco prácticas para la mayoría de aplicaciones. En 1836,
John F. Daniell, un químico Inglés, desarrolló una batería mejor que ofrecia un suministro de
corriente más estable y era adecuado para suministrar energía a las redes telegráficas, ya que
las redes de distribución eléctrica no existían en ese momento. Estas primeras baterías no eran
recargables (primarias) y no fue hasta 1859 cuando el físico francés Gaston Planté inventó la
primera batería recargable basado en la química de plomo-ácido.
La pila de Carbono-zinc, también conocida como la batería Leclanché, fue una de las primeras
baterías comerciales. La célula Leclanché de principios de 1876 tenía electrolito líquido, y la
pila seca se desarrolló en 1886. Los primeros consumidores pilas de carbono-zinc para las
linternas aparecieron en 1898, un hecho a partir del que se formó la empresa de baterías
Eveready. La de Carbono-zinc es la batería más barata y por lo general viene con los
dispositivos electrónicos cuando incluyen las baterías. Estas baterías de uso general se utilizan
para aplicaciones de alimentación de baja potencia, tales como mandos a distancia, linternas,
juguetes y relojes de pared.
Una de las baterías primarias más comunes para los consumidores es la alcalina-manganeso o
alcalinas, para abreviar. Lewis Urry inventó la alcalina en 1949 mientras trabajaba en el
Laboratorio de Eveready Battery Company, en Parma, Ohio. La pila Alcalina proporciona más
energía en corrientes de descarga más altas que de la de carbono-zinc y no se derrama el
electrolito cuando se agota, aunque no es completamente a prueba de fugas. Un alcalina de en
la descarga de alta corriente genera gases de hidróxido. La acumulación de presión puede
romper el sellado y causar corrosión en el dispositivo que alimenta, en forma de cristales
alcalinos que se diseminan por el interior del aparato. Todas las baterías primarias producen
gas en la descarga. Los dispositivos portátiles con estas baterías no deben ser estancos para
permitir la salida de estos gases.
La tecnología de Litio-Disulfuro de hierro (Li-FeS2) es la última incorporación a la familia de la
las baterías primarias (pilas no recargables) y ofrece un rendimiento mejorado. Las baterías de
litio entregan normalmente más de 3 voltios, pero las de Li-FeS2 producen 1,5 voltios, lo que
las hace una alternativa para las alcalinas y de carbono-zinc en los formatos AA y AAA. Tiene
una mayor capacidad y una resistencia interna menor que la alcalina. Esto permite alimentar
dispositivos con cargas moderadas y grandes, y es ideal para las cámaras digitales. Otras
ventajas son su alto rendimiento a baja temperatura, más resistencia a las fugas y baja autodescarga, lo que permite 15 años de almacenamiento a temperatura ambiente. Bajo peso y
mínima toxicidad son ventajas adicionales.
La información contenida en este folleto es, según nuestro criterio correcta. No obstante, como las condiciones en las que se usan estos productos caen fuera de nuestro control, no podemos responsabilizarnos de
las consecuencias de su utilización. Los valores proporcionados son valores promedios y cualquier pequeña diferencia es debida a las fluctuaciones propias del método de fabricación.

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Las desventajas de la batería de Li-FeS2 son un mayor coste y problemas en el transporte,
debido al contenido de litio metálico del ánodo. Esto hace que esté restringido su transporte
aéreo. En 2004, el El Departamento de Transporte de EE.UU. y la Administración Federal de
Aviación (FAA) prohibió los envíos de grandes cantidades de baterías primarias de litio en los
vuelos de pasajeros, pero los pasajeros todavía pueden llevar pilas a bordo o en el equipaje
facturado. Cada pila de tamaño AA con tecnología Li-FeS2 contiene 0.98 gramos de litio, la
limitación de transporte de litio es de 2 gramos (8 gramos de recargables de ion-litio). Esto
restringe a cada pasajero a llevar consigo solo dos pilas, sin embargo, se hacen excepciones y
se pueden llevar como muestras hasta 12 baterías. Lea más acerca de Cómo Transportar
baterías.
La pila con tecnología Li-FeS2 incluye dispositivos de seguridad tales como un interruptor
térmico rearmable PTC que limita la corriente a alta temperatura. La célula de Li-FeS2 no
puede recargarse como es posible con la tecnología NiMH en los formatos AA y AAA. Intentar
la Recarga, instalar una pila con la polaridad invertida o la mezcla con pilas usadas o de otro
tipo de baterías podría causar una fuga o explosión. Lea más acerca del manejo seguro de las
baterías.

Las figuras 1 y 2 comparan la tensión de descarga y la resistencia interna de las pilas alcalina y
Li-FeS2 a una carga por impulsos de 50mA. Es interesante destacar la curva de tensión plana y
la baja resistencia interna del litio; la alcalina muestra una caída de tensión gradual y un
incremento sostenido en la resistencia interna con el uso. Esto acorta el tiempo de vida, sobre
todo con una carga elevada.

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El AA y AAA son los formatos de pila más comunes. Conocido como pilas pequeñas para las
linternas de bolsillo, el AA se comenzó a comercializar en 1915 y fue utilizado como una
herramienta de espionaje durante la Primera Guerra Mundial, el Instituto Americano de
Normas Nacionales estandarizó el formato en 1947. La AAA fue desarrollada en 1954 para
reducir el tamaño de las cámaras Polaroid y Kodak y reducir otros dispositivos portátiles. En la
década de 1990, algunos fabricantes de pilas 9V diseñaron la AAAA para los punteros láser,
penlights LED, lápices ópticos y amplificadores de auriculares. Lea más acerca de Una mirada al
Antiguo y Nuevo Packaging de las baterías. La Tabla 3 compara carbono zinc, alcalinas, de litio,
NiCd, NiMH y níquel-zinc y los tamaños de pila AA y AAA.

Capacidad * AA
AAA

Carbon-zinc

Alcalina

400-1,700
~300

1,800-2,800
800-1,200

Litio
(Li-FeS2)
2,500-3,400
1,200

NiCd

NiMH

600-1,000
300-500

800-2,700
600-1,250

V Nominal

1.50

1.50

1.50

1.20

1.20

Auto descarga

Muy baja

Baja

Media

Muy alta

Muy alta

Recargable

No

No

No

Yes

Yes

Almacenaje

1-2 años

7 años

10-15 años

3-5 años

3-5 años

Derrames

Pobre

Buena

Excelente

Buena

Buena

PVP ** AA

Poca

0.40-2.80€

3.00-5.00€

Poca

4.00-5.00€

disponibilidad

1.50-2.80€

4.00-5.00€

disponibilidad

4.00-5.00€

AAA

La pila AAA tiene más o menos la mitad de la capacidad de la AA más grande a un precio
similar. Por lo tanto, el coste energético de la AAA es el doble de la AA. En un esfuerzo por
reducir su tamaño, el coste de la energía a menudo ocupa un segundo lugar y los fabricantes
de dispositivos prefieren usar la AAA, menor, antes que la más voluminosa AA. Este es el caso
con muchas luces de bicicleta, donde el formato AA necesitaría un dispositivo ligeramente más
grande pero suministraría el doble de energía para el mismo coste de la batería. En Base World
Trading pensamos que si los diseñadores industriales tuviesen en cuenta este aspecto
ayudarían al medio ambiente con la generación de menos residuos tan nocivos como son las
pilas.
Los precios de venta al público PVP de la AA alcalinas tiene grandes variaciones de fabricante a
fabricante, también lo hace el rendimiento. Exponent, una empresa de ingeniería EE.UU.,
comprobó la capacidad de ocho baterías alcalinas de primera marca en tamaño AA y descubrió
una diferencia de un 800% entre las mejores y las de rendimiento más bajo más bajo.

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Un análisis práctico de baterías consiste en contar los disparos que una cámara digital puede
hacer con un pack de pilas determinado. Los impulsos de corriente relativamente altos de la
cámara digital al disparar con flash estresan la batería mucho más de lo que lo harían un
control remoto o un reloj de cocina. Cuando se agotan las alcalinas estándar alimentando una
cámara digital, la energía restante todavía puede accionar un mando a distancia o un reloj de
cocina hasta dos años.

La figura 4 muestra el
número de fotos que una
cámara digital puede
disparar con impulsos de
descarga de 1,3 vatios en
alcalina, NiMH y litio LiFeS2 en un paquete AA.
(Colocando dos pilas en
serie para obtener 3V,
1.3W consumen 433mA.)
Aunque las tres
tecnologías químicas de
la batería a prueba
tienen capacidades similares, los resultados en la cuenta de pulsos varían en gran medida. El
claro ganador es la tecnología Li-FeS2 con 690 pulsos y la segunda es la NiMH con 520 pulsos y
la tercera a una buena distancia es la alcalina estándar que produce sólo 85 pulsos. El número
de disparos viene determinado por la resistencia interna más que por la capacidad de la pila.
Lea más acerca de cómo medir la Duración de la batería.

La capacidad nominal como un indicador de rendimiento de una batería es solo cierto a bajas
corrientes de descarga; en cargas más elevadas la potencia comienza a jugar un papel
importante. La relación entre la capacidad y la facilidad para suministrar corriente se puede
ilustrar mejor con un gráfico de Ragone. Leer más sobre Cálculo de la vida útil de una batería.
En nombre de David V. Ragone, el gráfico Ragone evalúa, en un dispositivo de almacenamiento
de energía, la energía y potencia.

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