Una comparación entre las baterías de ácido plomo y las baterías de iones litio

A la hora de plantearse elegir un vehículo, ya sea un coche o una carretilla, es importante tener en cuenta varios aspectos. Uno de los elementos más relevantes que hay que valorar es la tipología de acumulador de energía de la máquina, ya que éste influirá en aspectos cruciales como la productividad o la seguridad de las personas. Algunas propiedades como la densidad energética, el grado de rendimiento, el mantenimiento, la vida útil o el perfil energético se deben evaluar y tener en cuenta antes de optar por un tipo de batería u otro. Así pues, previamente a la toma de una decisión de compra de un vehículo con una determinada batería, es interesante conocer cuáles son los beneficios y la rentabilidad que ésta puede aportar a sus futuros usuarios.

Actualmente conviven principalmente dos tipos de baterías en diferentes etapas de desarrollo. Por un lado, existe la tecnología de plomo ácido, que es una tecnología madura que ha llegado a un punto de evolución en el que se ha estancado y, por tanto, su potencial de mejora se ha visto reducido. La tecnología de iones de litio, en cambio, está en una etapa incipiente, pero debido a su gran potencial de mejora en un futuro y a los grandes beneficios que comportará a sus clientes, se sabe que sustituirá paulatinamente a las baterías de plomo-ácido. Aun así, durante el tiempo de transición entre una tecnología y otra habrá algunas aplicaciones que empezarán a aplicar la nueva tecnología antes, sobre todo en aquellos vehículos que sean más ligeros y menos complejos. En el caso de las carretillas elevadoras, la introducción de la tecnología de iones de litio tendrá lugar en varias etapas, de manera que las carretillas más ligeras introducirán las baterías de litio antes que las carretillas contrapesadas, por ejemplo.

Por lo que concierne a la energía de las baterías, la tecnología de iones de litio ha marcado una gran diferencia respecto a su predecesora de plomo ácido. El concepto de densidad energética designa la cantidad de energía que se acumula en un espacio concreto, y en el caso de la tecnología de plomo ácido, la densidad energética en Wh/l o Wh/Kg es reducida, es decir, se acumula poca energía en mucho espacio y, por tanto, las baterías ocupan más volumen y no acumulan mucha energía. En cambio, la tecnología de iones de litio tiene una densidad energética alta –acumula más energía y ocupa menos espacio- y más elevada que la de la tecnología de plomo ácido e, incluso, que la de la tecnología de níquel-hidróxido metálico, que se utiliza en algunos tipos de carretillas elevadoras. De la misma forma, las baterías de litio han supuesto una gran mejora en términos de rendimiento, aspecto que hace referencia a la eficiencia de la batería. La tecnología de iones de litio posee un grado de rendimiento total de 87%, cifra que significa un 20% de ahorro de energía si se compara con la tecnología de plomo-ácido, cuyo grado está entre 50% – 65%. El grado de rendimiento total de las baterías se traduce en la cantidad de pérdidas de energía, por lo que mientras que la tecnología de ácido plomo tiene muchas pérdidas de energía, la tecnología de iones de litio reduce significativamente las pérdidas, es más eficiente y aprovecha mejor la energía.

Grafico comparativo

Gráfico 1. Gráfico comparativo de las densidades energéticas de diferentes tecnologías.

 

Por otra parte, al comparar dos tecnologías diferentes que se aplican en las baterías, es necesario tener en cuenta el perfil energético y su vida útil. Cuando se habla de perfil energético, este concepto atañe al estado de carga de la batería en relación al tiempo de utilización y al tiempo de carga. La tecnología de iones de litio ha revolucionado estas propiedades, ya que hasta ahora se había tenido que adaptar el trabajo a las capacidades de las baterías de ácido plomo, que se deben descargar totalmente para poder cargarlas de nuevo, siendo éste un proceso muy lento y también engorroso. Sin embargo, las baterías de ion litio tienen un estado de carga superior y permiten efectuar cargas más rápidas. La capacidad de la batería permite realizar los mismos periodos operativos que la batería de plomo ácido, pero con una menor capacidad nominal gracias a una mayor profundidad de descarga y eficiencia energética. De esta manera, y efectuando cargas intermedias efectivas, la carga se realiza más rápido que la descarga y, así, las baterías de iones de litio nunca quedan vacías.

perfil energetico

Gráfico 2. Gráfico comparativo del perfil energético de baterías de iones de litio y baterías de ácido plomo. Las líneas grises corresponden a las baterías de ácido de plomo, que tienen un estado de carga inferior y necesitan descargarse totalmente para volverse a cargar. En el caso de las baterías de iones de litio su estado de carga es superior porque no hace falta que éstas se descarguen totalmente para volver a cargarlas y, por tanto, el tiempo en el que están operativas es superior.

En la tecnología de litio se consigue un 50% de la carga en sólo 30 minutos, permitiendo cargar media batería en un descanso y facilitar la organización del trabajo. Así, para cargar completamente la batería se necesitan tan sólo 80 minutos y, de este modo, se puede prescindir de un cambio de batería y de la infraestructura costosa, el equipamiento y los tiempos de pérdida que la sustitución de la batería requería en la tecnología de ácido-plomo.

El concepto del perfil energético de las baterías está estrechamente relacionado con la vida útil de los acumuladores de energía, que se entiende como el número de ciclos de vida de los que dispone una batería. Las baterías de ácido-plomo tienen una duración media de 1.200 ciclos, y la tecnología de iones de litio ofrece una vida útil más larga que supera hasta 3 veces a la de las baterías de plomo, con un promedio de vida de 3.000 – 3.500 ciclos. Gracias a su reducido desgaste, la tecnología de litio permite efectuar cargas intermedias sin malgastar un ciclo de batería cada vez que se carguen, así, una carretilla necesita entre 2 o 3 baterías de ácido-plomo en una vida, mientras que una sola batería de litio puede durar toda la vida de la carretilla.

vida util

Gráfico 3. Número de ciclos de las diferentes baterías.

 

De la misma forma que el perfil y la densidad energética, el mantenimiento de los acumuladores de energía varía mucho según el tipo de tecnología del que se trate. En la tecnología de ácido plomo es necesario un mantenimiento diario (relleno de agua y cuidados ulteriores), se requieren locales de carga e instalaciones de cambio y se deben tomar precauciones cuando se trata con sustancias como los ácidos, entre otras medidas. Las baterías de litio, a diferencia de las de plomo, no necesitan ningún tipo de mantenimiento. Éstas simplemente se conectan a la red eléctrica a través de su cargador integrado, por lo tanto, la infraestructura que necesitan es muy sencilla. Por otra parte, debido a que las baterías de litio están encapsuladas y no se pueden abrir, éstas no admiten posibilidad de manejo incorrecto como podría ser el olvido del relleno de agua, ni emiten gases o vapores de ácido perjudiciales. En resumen, se puede decir que el uso de las baterías de litio facilita la utilización y el mantenimiento de carretillas, puesto que no se requiere un cuidado diario, se elimina la emisión de vapores de ácido malolientes y los daños ocasionados por el ácido, y no se necesitan ni instalaciones de ventilación en las salas, ni estaciones de carga.

A través de este breve repaso de las características de ambas tecnologías, se puede comprobar que la tecnología de plomo-ácido tiene los días contados y que, en comparación, los beneficios de las baterías de ion litio son superiores, tanto en utilización y eficiencia como en seguridad y mantenimiento, y eso hace que la rentabilidad y comodidad de sus usuarios se vean incrementadas. Aunque esté en su etapa inicial, la tecnología de iones de litio plantea un nuevo paradigma que cambiará la morfología de las máquinas y la forma de trabajar con ellas, y estas variaciones tendrán grandes consecuencias en la organización del trabajo y la productividad de las empresas. Gracias al gran abanico de ventajas que ofrece, la tecnología de litio es una solución muy rentable con un enorme potencial de ahorro que se basa, entre otras cosas, en su larga vida útil y en su mayor grado de rendimiento energético, por lo que la primera inversión que se realiza en esta tecnología se recupera en un período de tiempo muy corto.

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