celda de batería

Una celda de batería es la unidad electroquímica más pequeña que convierte la energía química en corriente eléctrica a través de una reacción redox controlada. Contiene tres componentes esenciales: un ánodo (terminal negativo), un cátodo (terminal positivo) y un medio electrolítico entre ellos. Cuando se conecta una carga, los electrones fluyen del ánodo a través del circuito externo al cátodo, mientras que los iones migran a través del electrolito internamente para completar el circuito. Una sola celda produce un voltaje fijo determinado por su química, típicamente 1.5V para alcalinas, 2.1V para plomo-ácido, o 3.6V a 3.7V para celdas de iones de litio.

Las aplicaciones industriales demandan diferentes químicas de celda para diferentes propósitos. Las celdas alcalinas son adecuadas para dispositivos de bajo consumo como controles remotos y linternas. Las celdas de plomo-ácido siguen siendo el estándar en las baterías de arranque automotrices porque entregan los pulsos de alta corriente necesarios para arrancar el motor. Las celdas de iones de litio dominan en herramientas eléctricas, vehículos eléctricos y sistemas de almacenamiento de energía debido a su densidad de energía superior, típicamente de 150 a 250 Wh/kg. Las celdas de hidruro metálico de níquel y polímero de litio llenan nichos donde la vida útil, la tolerancia a la temperatura o los perfiles de seguridad importan más que la capacidad bruta.

El rendimiento de una celda se degrada a través de los ciclos de carga y descarga. La resistencia interna aumenta a medida que el electrolito se descompone y se forman depósitos en las superficies de los electrodos, reduciendo tanto la salida de voltaje como la corriente máxima entregable. Las temperaturas extremas aceleran este envejecimiento. Las temperaturas frías reducen la movilidad de los iones y aumentan la resistencia; el calor excesivo puede desencadenar un embalamiento térmico en las celdas de litio, haciendo que la celda libere gases o se incendie. Los defectos de fabricación, como los cortocircuitos internos por contaminación de partículas, son una causa principal de fallas prematuras e incidentes de seguridad en los paquetes de baterías.

Confusión entre celda y paquete de baterías

La industria a menudo usa batería y celda indistintamente en el habla informal, pero la distinción es importante. Una celda es una unidad electroquímica individual. Una batería es una o más celdas conectadas en serie para aumentar el voltaje, en paralelo para aumentar la capacidad, o en ambas configuraciones para lograr el voltaje y la clasificación de amperios-hora deseados. Una batería de smartphone podría contener seis celdas cilíndricas de iones de litio de 3.7V en serie para producir 22.2V nominales, y luego múltiples cadenas de este tipo en paralelo para una capacidad suficiente. Comprender esta distinción evita errores de especificación al pedir reemplazos o diseñar sistemas de energía.

El costo y la confiabilidad de un paquete de baterías completo dependen en gran medida de la calidad de la celda y de la electrónica de gestión que las rodea. Las celdas industriales se clasifican por voltaje nominal, capacidad en amperios-hora (Ah), tasa de descarga (clasificación C), rango de temperatura de funcionamiento y vida útil. Una celda de 2000 mAh con una tasa de descarga de 2C puede entregar de forma segura 4 amperios continuamente. Las celdas que operan fuera de sus parámetros nominales o en paquetes sin un equilibrio de carga y una gestión térmica adecuados fallan más rápido y presentan riesgos de seguridad.