batería de automóvil

Una batería de automóvil , o batería de coche , es una batería recargable que se utiliza para arrancar un vehículo de motor y para alimentar las luces, el limpiaparabrisas, etc., mientras el motor está apagado.

Su función principal es suministrar corriente eléctrica al motor de arranque eléctrico , que a su vez pone en marcha el motor de combustión interna, alimentado químicamente, que impulsa el vehículo. Una vez que el motor está en marcha, la batería sigue suministrando energía a los sistemas eléctricos del coche, y el alternador la carga según la demanda.

Los primeros automóviles no tenían baterías, ya que sus sistemas eléctricos eran limitados. La energía eléctrica para el encendido la proporcionaba un magneto , el motor se arrancaba con una manivela , los faros funcionaban con gas y se utilizaba una bocina de campana o de bombilla en lugar de una bocina eléctrica. Las baterías para automóviles se generalizaron alrededor de 1920, cuando los automóviles comenzaron a equiparse con motores de arranque eléctricos . ^{[ 9 ]}

Los primeros sistemas de arranque y carga fueron diseñados para ser de 6 voltios y con conexión a tierra positiva , con el chasis del vehículo conectado directamente al terminal positivo de la batería. ^{[ 10 ]} Hoy en día, casi todos los vehículos de carretera tienen un sistema de conexión a tierra negativa. ^{[ 11 ]} El terminal negativo de la batería está conectado al chasis del automóvil .

La Hudson Motor Car Company fue la primera en utilizar una batería estandarizada en 1918, cuando comenzó a usar baterías del Battery Council International (BCI) . BCI es la organización que establece los estándares dimensionales para las baterías. ^{[ 12 ]}

Los automóviles utilizaron  sistemas eléctricos y baterías de 6 V hasta mediados de la década de 1950. El cambio de 6 a 12  V se produjo cuando los motores más grandes, con relaciones de compresión más altas , requerían más energía eléctrica para arrancar. ^{[ 13 ]} Los automóviles más pequeños, que requerían menos energía para arrancar, mantuvieron los 6  V durante más tiempo; por ejemplo, el Volkswagen Beetle a mediados de la década de 1960 y el Citroën 2CV en 1970.

La batería sellada AGM (para automóviles), que no requería recarga, se inventó en 1971. ^{[ 9 ]}

En la década de 1990 se propuso un estándar de sistema eléctrico de 42 V. Su objetivo era permitir accesorios eléctricos más potentes y arneses de cableado automotriz más ligeros. Sin embargo, la disponibilidad de motores de mayor eficiencia, nuevas técnicas de cableado y controles digitales, así como el enfoque en sistemas de vehículos híbridos que utilizan arrancadores/generadores de alto voltaje, han eliminado en gran medida la necesidad de cambiar los voltajes principales de los automóviles. ^{[ 14 ]}

En 2023, Tesla comenzó las entregas de su Cybertruck que utiliza un sistema eléctrico de 48 voltios , reduciendo el 70% del cableado en el vehículo. ^{[ 15 ]}

Una batería de automóvil es un ejemplo de batería de celda húmeda , con seis celdas. Cada celda de una batería de almacenamiento de plomo consta de placas alternas hechas de una rejilla de aleación de plomo rellena con placas de plomo esponjoso ( cátodo ) ^{[ 16 ]} o recubiertas con dióxido de plomo ( ánodo ). ^{[ 16 ]} Cada celda está llena con una solución de ácido sulfúrico , que es el electrolito. Inicialmente, cada celda tenía una tapa de llenado, a través de la cual se podía ver el nivel del electrolito y que permitía agregar agua a la celda. La tapa de llenado tenía un pequeño orificio de ventilación que permitía que el gas hidrógeno generado durante la carga escapara de la celda.

Las celdas se conectan mediante cables cortos y gruesos que van desde las placas positivas de una celda hasta las placas negativas de la celda adyacente. Un par de terminales robustos, recubiertos de plomo para resistir la corrosión, se montan en la parte superior, a veces en el lateral, de la batería. Las primeras baterías de automóvil utilizaban carcasas de caucho duro y separadores de placas de madera. Las unidades modernas utilizan carcasas de plástico y láminas tejidas para evitar que las placas de una celda se toquen y provoquen un cortocircuito.

Antiguamente, las baterías de los automóviles requerían inspección y mantenimiento periódicos para reponer el agua que se descomponía durante su funcionamiento. Las baterías de "bajo mantenimiento" (a veces llamadas "mantenimiento cero") utilizan una aleación diferente para los elementos de las placas, lo que reduce la cantidad de agua que se descompone durante la carga. Una batería moderna puede no requerir agua adicional durante su vida útil; algunos tipos eliminan los tapones de llenado individuales para cada celda. Una desventaja de estas baterías es que son muy sensibles a las descargas profundas, como cuando la batería del coche se descarga por completo al dejar las luces encendidas. Esto recubre los electrodos de las placas de plomo con depósitos de sulfato de plomo y puede reducir la vida útil de la batería en un tercio o más.

Las baterías VRLA , también conocidas como baterías de fibra de vidrio absorbente (AGM), toleran mejor las descargas profundas, pero son más caras. ^{[ 17 ]} Las baterías VRLA no permiten la adición de agua a la celda. Cada celda cuenta con una válvula de liberación de presión automática para proteger la carcasa de la rotura en caso de sobrecarga severa o falla interna. Una batería VRLA no puede derramar su electrolito, lo que la hace particularmente útil en vehículos como las motocicletas.

Las baterías suelen estar formadas por seis celdas galvánicas en circuitos en serie . Cada celda proporciona 2,1 voltios, para un total de 12,6 voltios con la carga completa. ^{[ 18 ]} Durante la descarga, en el terminal negativo (plomo), una reacción química libera electrones al circuito externo, y en el terminal positivo (óxido de plomo), otra reacción química absorbe electrones del circuito externo. Esto impulsa los electrones a través del cable del circuito externo (un conductor eléctrico ) para producir una corriente eléctrica ( electricidad ). A medida que la batería se descarga , el ácido del electrolito reacciona con los materiales de las placas, cambiando su superficie a sulfato de plomo . Cuando la batería se recarga , la reacción química se invierte: el sulfato de plomo se reforma en dióxido de plomo. Una vez restauradas las placas a su estado original, el proceso puede repetirse.

Algunos vehículos utilizan otras baterías de arranque. Para ahorrar peso, el Porsche 911 GT3 RS de 2010 tiene una batería de iones de litio como opción; ^{[ 19 ]} a partir de 2018, todos los híbridos convencionales Kia Niro también la incluyen. ^{[ 20 ]} Los vehículos pesados ​​pueden tener dos baterías en serie para un  sistema de 24 V o pueden tener grupos de baterías en serie-paralelo que suministran 24  V. ^{[ 21 ]}

El calor excesivo es una de las principales causas de fallos en las baterías, ya que la evaporación del electrolito debido a las altas temperaturas reduce la superficie efectiva de las placas expuestas al electrolito y provoca sulfatación. La corrosión de la rejilla aumenta con la temperatura. ^{[ 28 ] [ 29 ]} Las bajas temperaturas también pueden provocar fallos en la batería. ^{[ 30 ]}

Si la batería se descarga hasta el punto de no poder arrancar el motor, este puede arrancarse con una fuente de alimentación externa. Una vez en marcha, el motor puede recargar la batería, siempre que el alternador y el sistema de carga no estén dañados. ^{[ 31 ]}

La corrosión en los terminales de la batería puede impedir que un automóvil arranque debido a la resistencia eléctrica , lo cual se puede prevenir mediante la aplicación adecuada de grasa dieléctrica . ^{[ 32 ] [ 33 ]}

La sulfatación se produce cuando los electrodos se recubren con una capa dura de sulfato de plomo, lo que debilita la batería. La sulfatación puede ocurrir cuando la batería no está completamente cargada y permanece descargada. ^{[ 34 ]} Las baterías sulfatadas deben cargarse lentamente para evitar daños. ^{[ 35 ]}

Las baterías SLI (arranque, iluminación e ignición) no están diseñadas para descargas profundas, y su vida útil se reduce cuando se someten a esto. ^{[ 36 ]}

Las baterías de arranque tienen placas diseñadas para aumentar la superficie y, por lo tanto, la capacidad de corriente instantánea, mientras que las baterías marinas (híbridas) y de ciclo profundo tienen placas más gruesas y más espacio en la parte inferior para que se acumule el material gastado antes de que se produzca un cortocircuito en la celda.

Las baterías de coche con placas de plomo-antimonio requieren rellenarse periódicamente con agua pura para compensar la pérdida de agua por electrólisis y evaporación. Al sustituir el elemento de aleación por calcio, los diseños más recientes han reducido la pérdida de agua. Las baterías modernas requieren menos mantenimiento y, en ocasiones, no incluyen tapones para añadir agua a las celdas. Estas baterías incorporan un electrolito adicional sobre las placas para compensar las pérdidas durante su vida útil.

Algunos fabricantes de baterías incluyen un hidrómetro incorporado para mostrar el estado de carga de la batería.

El principal mecanismo de desgaste es el desprendimiento de material activo de las placas de la batería, que se acumula en el fondo de las celdas y puede provocar un cortocircuito. Esto se puede reducir considerablemente encerrando un conjunto de placas en bolsas separadoras de plástico, fabricadas con un material permeable. Esto permite el paso del electrolito y los iones, pero evita que la acumulación de sedimentos obstruya las placas. Los sedimentos se componen principalmente de sulfato de plomo, que se produce en ambos electrodos.

El reciclaje de baterías de automóviles reduce la necesidad de recursos para la fabricación de baterías nuevas, desvía el plomo tóxico de los vertederos y previene el riesgo de una eliminación inadecuada. Una vez que una batería de plomo-ácido deja de retener la carga, se considera una batería de plomo-ácido usada (ULAB, por sus siglas en inglés), que se clasifica como residuo peligroso según el Convenio de Basilea . La batería de automóvil de 12 voltios es el producto más reciclado del mundo, según la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos . ^{[ 37 ]} Solo en los EE. UU., se reemplazan alrededor de 130 millones de baterías de automóviles al año, y el 99 por ciento de ellas se entregan para su reciclaje.Sin embargo, el reciclaje puede realizarse incorrectamente en entornos no regulados. Como parte del comercio mundial de residuos , los ULAB se envían desde países industrializados a países en desarrollo para su desmantelamiento y recuperación de su contenido. ^{[ 38 ]} Se puede recuperar aproximadamente el 97 por ciento del plomo. Pure Earth estima que más de 12 millones de personas en países en desarrollo se ven afectadas por la contaminación por plomo derivada del procesamiento de ULAB. ^{[ 39 ]}

El reciclaje de baterías usadas de plomo-ácido (ULAB) se ha utilizado como ejemplo para respaldar la hipótesis del refugio de la contaminación . En 2009, la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA) endureció significativamente las Normas Nacionales de Calidad del Aire Ambiente para la contaminación por plomo, ^{[ 40 ]} lo que dificultó y encareció el reciclaje nacional, pero no prohibió que las empresas trasladaran el trabajo a países con normas ambientales bajas y una aplicación laxa de la ley. Tras este cambio, las exportaciones estadounidenses de baterías usadas de plomo-ácido a México se cuadruplicaron, lo que fue seguido por un aumento significativo de bebés nacidos con bajo peso al nacer de madres que vivían en un radio de dos millas (3,2 km) de plantas mexicanas de reciclaje de baterías. ^{[ 40 ]} 

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