Por Carlos Norberto Puga: Magister en Educación. Docente Técnico y Creador del Auto Solar “TRONADOR” en 1988. Co-Organizador del primer Tour del Sol Argentina 1990. Co-Organizador del primer Rally Ecológico de la Ciudad de Buenos Aires en 1991. Mail: carlospuga2017@gmail.com. Instagram: @tronadorsolar.
“Cada metal tiene un poder, que es diferente para cada uno, de poner el fluido eléctrico en movimiento”, dijo Alessandro Volta.
¡Qué placer volver a encontrarme con Uds. mis ESTIMADOS LECTORES! ¡En este 2025, debemos BRILLAR más que nunca con la Electromovilidad!
Gracias a los buenos oficios de Adrián Baer (Director de “AUTO X”), seguiremos comunicándonos para compartir historias y novedades del APASIONANTE MUNDO DE LA ELECTROMOVILIDAD, en todas sus variantes. Y este primer artículo del año, lo dedicaré a las BATERÍAS.
Un artículo sobre el desarrollo de las mismas a través de sus más de 200 años de historia, pero sin especificaciones técnicas que compliquen su lectura.
La idea es que puedan conocer diferentes tipos de baterías, en las cuales se han probado distintos materiales, diseños y tecnologías, para lograr perfeccionar las mismas, desde el año 1800 hasta el presente.
Pila de Alessandro Volta 1800.
Comenzaré por el primer creador de baterías reconocido por la Historia: Alessandro Volta.
En el año 1800, el físico italiano Alessandro Volta exhibe su máxima y revolucionaria creación: La PILA ELÉCTRICA
Así demuestra, que era posible producir y almacenar energía eléctrica utilizando la combinación de distintos materiales.
Esta PILA, se trataba de una serie de pares de discos (apilados) de Zinc y de Cobre (a veces también de plata), separados unos de otros por trozos de cartón o fieltro impregnados de salmuera, que tenían unos 30 mm de diámetro. Volta también descubre, que apilando una mayor cantidad de estos discos (conexionado en Serie) podía obtener una mayor cantidad de energía, logrando una celda de 0,75 Voltios.
El mismo Napoleón Bonaparte pidió conocer su invento, para saber cómo podía ser aplicado en sus campañas militares.
A partir de allí y hasta nuestros días, muchos científicos e investigadores buscan desarrollar una pila (o Batería) con mayor densidad energética, menor peso, gran durabilidad y seguridad.
Veamos cómo fueron evolucionando las mismas a lo largo de todos estos años.
Pila de Daniell 1836.
John Frederic Daniell, en 1836 crea una batería de Zinc – Cobre mejorada, compuesta por un electrodo de Zinc sumergido en sulfato de zinc sumado a otro electrodo de Cobre sumergido en sulfato de cobre, logrando 1,10 Voltios.
Para 1839, William Grove utiliza un cátodo de Zinc tratado con Mercurio, y como electrolito al ácido nítrico, logrando de 1,9 a 2,0 Voltios. Originariamente se utilizaba Platino para el ánodo, pero fue sustituido por Carbón. Esta batería poseía mayor estabilidad y energía, pero generaba peligrosos humos corrosivos.
Pila de William Grove 1839.
También Grove desarrolló en ese mismo año, una pila que producía energía eléctrica a través de la recombinación de Hidrógeno y de Oxígeno, lo que constituye un precedente de las actuales pilas de combustible.
En 1859, el físico francés Gaston Planté desarrolla la batería de Plomo-Ácido, la cual es considerada como la primer batería eléctrica recargable.
Batería de Planté 1859. La Primera Recargable.
Más tarde en 1868, Georges Leclanché, utiliza una solución de cloruro de amonio en la que introduce electrodos de Zinc y de Carbón, rodeando a este último con una pasta de dióxido de manganeso y polvo de carbón, dando inicio a la primitiva tecnología de pila seca, es decir sin electrolito líquido (aunque esta versión de Leclanché aún lo necesitaba).
Batería Leclanche 1868.
Alcanzaba los 1,5 Voltios y almacenaba muy bien la energía, gracias a su electrodo de zinc que solo se degradaba cuando se extraía corriente eléctrica de la misma. Producía más potencia y una corriente más estable que sus antecesoras.
Para el año 1881, Camille Alphonse Faure (basándose en la batería de Planté) crea un modelo de Plomo-Ácido más eficiente y confiable resultando ser un gran éxito en los primeros automóviles eléctricos, y permitiéndole al Ing. Camille Jenatzy, superar los 100 km/h con su vehículo eléctrico “Le Jamais Contente” en 1899.
Hasta aquí, todas las baterías desarrolladas poseían electrolito líquido, lo cual las hacía imprácticas para muchos usos, ya que existía el riesgo de derrame del electrolito, eran pesadas, voluminosas y necesitaban un constante mantenimiento.
Pila SECA de Carl Gassner 1887.
Pero es Carl Gassner en 1887, en Alemania quien revoluciona la tecnología de fabricación de baterías, al desarrollar y patentar una variante sin electrolito líquido de la PILA Leclanché.
A la PILA GASSNER se la conoció como PILA SECA. Su electrolito estaba formado por una pasta compuesta de cloruro de amonio, yeso de París y cloruro de zinc, este último para prolongar su vida útil.
A diferencia de las pilas húmedas, la PILA SECA Gassner tenía las ventajas de ser más sólida, sin mantenimiento, no se derramaba y podía ser utilizada en cualquier orientación. Suministraba 1,5 voltios.
Pila SECA de Carl Gassner 1896 USA. Primera Pila Comercial.
En 1896 la National Carbon Company de EE.UU. de América, mejora el modelo de PILA SECA de Gassner al sustituir el yeso de París por cartón, ganando más espacio para el cátodo.
Su modelo “COLUMBIA” (Batería de Zinc- Carbono) logra ser ampliamente comercializada. Fue la primera batería útil para el público en general permitiendo la utilización y desarrollo de dispositivos portátiles, como la LINTERNA ELÉCTRICA la cual fuera inventada ese mismo año. La batería de Zinc-Carbono se continúa fabricando hasta nuestros días.
Paralelamente, en 1887 también Federico Guillermo Luis Hellesen desarrolló su propio diseño de pila seca, pero sin tanto éxito.
En 1899, Waldemar Jungner en Suecia, también revoluciona la industria de las baterías cuando inventa la batería de Níquel-Cadmio, la cual comenzó a comercializarse a partir de 1910 en Suecia y recién en 1946 en los Estados Unidos de América. Tenía una densidad de energía mayor que las baterías de Plomo-Acido, pero eran mucho más costosas.
Pila Niquel-Cadmio. Inventada en 1899.
Ese mismo año, Jungner inventa dos tipos más de baterías: Níquel-Hierro y Plata-Cadmio. La batería de Níquel-Hierro, resultó ser de inferiores prestaciones que la de Níquel-Cadmio y por tal motivo jamás la patentó, porque generaba mucho más hidrógeno gaseoso cuando estaba cargada (más peligrosa), y era menos eficiente en su carga, aunque fuera más económica.
En cambio, la batería de Plata-Cadmio alcalino (AgCd) era recargable y lograba 1,1 Voltios. Al poseer estas células una vida corta, se hicieron investigaciones, y recién en los años ’50 (Siglo XX) se produjeron mejoras en esta tecnología, para aprovechar mejor el ciclo de vida del sistema Plata-Cadmio respecto a las de Plata-Zinc.
Thomas Edison, toma el diseño de la batería de Níquel-Hierro de Jungner, y la patenta a su nombre en 1903. Buscaba comercializar un sustituto más ligero y duradero para la batería de Plomo-Ácido que ya impulsaban a algunos de los primeros automóviles eléctricos de la época, esperando que de esta forma los coches eléctricos se convirtieran en el estándar de la movilidad, y que su empresa se convirtiera en el principal proveedor de las baterías para los mismos.
Pero la disconformidad de los clientes de Edison con este tipo de baterías, debido a que tenían fugas del electrolito y poseían corta duración (autonomía), no permitió desarrollar más las mismas. Claramente, no superaban las prestaciones de las baterías de Plomo-Ácido.
Pila Nickel Metalhidruro. Inventada en 1960.
En 1960 se comienza a desarrollar la tecnología Niquel-Metalhidruro, (NiMH) pero la primera pila comercializable de este tipo recién aparece en el año 1989. Investigadores de Japón, Países Bajos y Francia permitieron su desarrollo a lo largo de todos esos años. Proporcionan un voltaje de 1,2 voltios, poseen una densidad energética de 100 Wh/kg pero un alto índice de autodescarga.
Pero en el año 2005, se introduce una versión mejorada: la LSD NiMH con baja autodescarga, superando a las convencionales NiMH.
Baterias Li-Ion. Inventadas en 1985.
Para 1985, Akira Yoshino en Japón desarrolla la primera batería de Li-Ion (Litio – Ion) comercialmente viable, utilizando óxido de litio (en vez del litio en su forma metálica pura) lo cual incrementó espectacularmente la seguridad de este tipo de baterías, pudiendo ser utilizada en todo tipo de aparatos eléctricos / electrónicos. Yoshino, es considerado el “Padre” de las baterías de Li-Ion.
Aunque las baterías de Litio-Ion dominan el mercado tecnológico, desde celulares hasta vehículos eléctricos, se continúa investigando con otros materiales para lograr mayores prestaciones.
Un material prometedor es el Fosfato de Vanadio de Sodio, el cual mejora el rendimiento de las baterías de Sodio-Ion al incrementar su densidad energética en más del 15%, alcanzando 458 Wh/kg en comparación con los 396 Wh/kg de tecnologías anteriores. Este avance acerca a las baterías de sodio-ion a competir directamente con las de Litio-Ion. El sodio, es un elemento 50 veces más económico que el litio.
Desde hace unos años, se utiliza la NANOTECNOLOGIA + la I.A. (Inteligencia Artificial) para producir una NANOBATERIA.
Nanobateria.
La tecnología tradicional de Li-Ion utiliza materiales activos, tales como cobalto-óxido u óxido de manganeso, con partículas que varían en tamaño entre 5 y 20 micrómetros. La Nanotecnología, permite obtener partículas de un tamaño 1000 veces menor y con mayores prestaciones.
Se espera que la nano-ingeniería mejore muchas de las deficiencias de la actual tecnología de baterías, tales como el tiempo de recarga y el efecto “memoria» de las mismas.
A partir de nanofibras de silicio, se pueden fabricar ánodos para baterías de Li-Ion con mucha mayor capacidad de almacenamiento que los ánodos de grafito que se emplean ahora y que requieren muchos más ciclos de recarga. El empleo de nanopartículas permite evitar el riesgo de deflagración tanto de los electrolitos como de las carcasas.
En 2005, Toshiba anunció que tenía una nueva batería de iones de litio con una rejilla nanoestructurada en el cátodo y el ánodo, lo cual permitió que la batería se recargase ochenta veces más rápido que antes. Los prototipos fueron capaces de recobrar el ochenta por ciento de capacidad en un minuto y estaban recargadas al cien por cien después de 10 minutos.
General Motors está avanzando en el desarrollo de baterías de química mixta (diferentes químicas en un solo paquete de baterías), una tecnología que promete combinar lo mejor de dos mundos: las buenas prestaciones y los bajos costes.
El concepto combina celdas de Níquel-Cobalto-Manganeso (NCM), utilizadas por su alta densidad energética, con celdas de Fosfato de Hierro y Litio (LFP), que es una opción más económica y estable, y cada vez más utilizada.
Estas celdas de Litio-Ferrofosfato, son la tecnología mayoritaria en China y en los autos eléctricos chinos que se venden en Europa.
Todavía resulta muy difícil conocer a priori, cuál será la tecnología de baterías que mejor se adaptará a la Electromovilidad a largo plazo.
Pero una cosa es clara. Si todos los fabricantes se ponen de acuerdo, pueden trabajar y orientarse en la misma dirección.
CATL (actualmente el mayor fabricante de baterías del mundo) ha tomado la iniciativa de aunar esfuerzos con la mayoría de socios posibles para crear un sistema de intercambio estándar, es decir, que sea común para gran parte de los autos eléctricos.
Firmas de Autos Eléctricos como NIO, ya tienen operativas varias estaciones de intercambio, pero el problema es que todavía hace falta estandarizar el sistema, para que puedan compartirlo con la mayoría de marcas de autos posibles, generando así un negocio ‘redondo’.
CATL baterías Choco-Swap.
Ahí es donde entra en juego CATL, que además de tener relación con NIO, también la tiene con otros 100 socios, para dar lugar a lo que se denomina un ‘ecosistema colaborativo’.
Es decir, estandarizar la tecnología para unir fuerzas, compartir las inversiones y, a fin de cuentas, mejorar y facilitar la experiencia para el usuario final.
En diciembre del 2024, CATL presentó las baterías Choco-Swap #20 y #25, que son compatibles para vehículos con una distancia entre ejes de entre 2,55 y 3,1 metros.
Estos paquetes están disponibles en opciones con LFP o NCM, con una capacidad de hasta 42 kWh para la #20 (autonomía de 400 Kms), y una capacidad de hasta 70 kWh para la #25 (autonomía de 600 Kms).
Ya tienen cerrados acuerdos para poner en marcha más de 100.000 paquetes de baterías de los dos tipos mencionados, con fabricantes como Changan, GAC o FAW, entre otros socios, con la intención de poner en marcha unas 1.000 estaciones de intercambio de baterías en 2025 y con el objetivo de llegar a 30.000 estaciones para 2030.
El sistema, funcionaría mediante una suscripción (mensual) del conductor de unos 50 Euros (mínimo) para realizar el intercambio rápido de la batería en menos de dos minutos.
Para finalizar haré una breve comparación de las CELDAS de baterías. Recordemos, que cada batería está compuesta por varias celdas independientes interconectadas entre sí.
Ejemplo:
La típica batería de Plomo – Ácido (o GEL actualmente), posee 6 CELDAS de 2 Voltios c/u, lo que permite obtener 12 Voltios entre el TERMINAL (+) y el TERMINAL (-) de la misma.
Desde Alessandro Volta hasta la actualidad, y según la tecnología empleada en la batería, las CELDAS tuvieron voltajes aprox. De: 0, 75 V – 1,10 V – 2,0 V – 1,5 V – 1,2 V – 2,13 V – 3,7 V.
Es decir, desde el Año 1800 hasta 2025, la capacidad de las CELDAS aumentaron en un 493% (tomando los modelos actuales de mayor voltaje).
Pero hoy vivimos en la ERA EXPONENCIAL de la 4ta (casi 5ta) REVOLUCIÓN INDUSTRIAL, lo cual permitirá que este porcentaje sea ampliamente superado en pocos años.
La frase de Volta, 225 años después, continúa vigente.
Por Carlos Norberto Puga:
- Magister en Educación.
- Lic. En Comercio Internacional.
- Proyectista en Energía Solar (CENSOLAR / España).
- Docente Técnico.
- Creador del Auto Solar “TRONADOR” en 1988.
- Co-Organizador 1er Rally Ecológico de la Ciudad de Buenos Aires 1991.
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