Las baterías, a examen

Comparativa entre ácido-plomo e iones de litio

¿Cuál es el mejor tipo de batería para una carretilla elevadora eléctrica? ¿Ácido-plomo o iones de litio? La respuesta depende de su aplicación y sus prioridades. Mark Nicholson nos resume las ventajas y los inconvenientes de cada una y descubre por qué las baterías de ácido-plomo siguen siendo la opción más popular.

Mientras que las baterías de iones de litio (Li-ion) prometen nuevas e interesantes posibilidades, la tecnología de ácido-plomo ha seguido desarrollándose y ofrece numerosas innovaciones. Los principales fabricantes de equipos para la manipulación de materiales, como Cat® Lift Trucks, estudian las tecnologías disponibles y escogen las soluciones óptimas para los usuarios de hoy. Aunque puede que las baterías de iones de litio estén cada vez más presentes en los productos futuros de Cat®, las de ácido-plomo se consideran la mejor opción para la mayoría de los casos en la actualidad.

Los contendientes

Las opciones no se limitan solo a elegir entre iones de litio y ácido-plomo. Dentro de cada una de esas amplias categorías existen muchos productos distintos a considerar, con capacidades muy variadas. Se presenta a continuación un resumen simplificado.

Baterías de ácido-plomo inundadas o húmedas

Este es el tipo tradicional que alimenta la mayoría de carretillas elevadoras eléctricas. Sus placas de cobre, que actúan como electrodos, se encuentran suspendidas en un electrolito de ácido sulfúrico.

Baterías de ácido-plomo selladas

En ocasiones se conocen como baterías de ácido-plomo reguladas por válvula (VRLA, por sus siglas en inglés). Para evitar tener que rellenarlas con agua, y para eliminar el riesgo de fugas de ácido, el electrolito se encuentra contenido de forma segura. Existen dos tipos principales:

• Baterías de gel: donde el electrolito forma un gel.
• Baterías con separador de fibra de vidrio absorbente (AGM): donde el electrolito se encuentra dentro una malla de fibra de vidrio entre las placas.

Recientemente, las baterías selladas AGM han experimentado numerosos avances. Entre ellos se encuentran el uso de un plomo más puro para las placas, su mayor delgadez o su mejora con carbono y otras sustancias. Para ahorrar tiempo, nos referiremos a ellas simplemente como baterías AGM avanzadas. Lo más importante es que algunas de ellas pueden igualar, o incluso mejorar, algunas de las ventajas que antes se consideraban exclusivas de las de iones de litio.

Baterías de iones de litio

Este tipo de batería, que se beneficia del alto potencial electroquímico del litio, también está sellada. Sus electrodos positivos están hechos de compuestos como el litio-hierrofosfato o el óxido de cobalto-manganeso-níquel-litio. Podrá verlos en los nombres y descripciones de las baterías de iones de litio. El compuesto específico elegido tiene una gran influencia sobre el coste de cada batería, su rendimiento y su vida útil. Una característica fundamental de todas las baterías de iones de litio es el sistema electrónico de gestión de la batería (BMS). Resulta esencial para prevenir el sobrecalentamiento, la sobrecarga, la descarga excesiva y otras condiciones potencialmente peligrosas o dañinas.

Sus diferencias

Potencia y energía

La densidad de energía, expresada en vatios-hora por kilogramo o por litro, es una medida de cuánta energía puede albergar una batería de un peso o tamaño específicos. Una batería con una alta densidad de energía puede contener mucha energía y ofrecer un funcionamiento prolongado. Las capacidades de las baterías también se pueden medir en amperios-hora.

La densidad de potencia, expresada en vatios por kilogramo o por litro, es una medida de con qué rapidez se puede entregar la energía de una batería de un peso o tamaño específicos. Una batería con una alta densidad de potencia puede generar y mantener de manera fiable las elevadas corrientes necesarias para las tareas pesadas.

Las baterías de iones de litio ofrecen una densidad de energía y una densidad de potencia muy elevadas, por lo que pueden almacenar y proporcionar mucha energía ocupando un espacio muy pequeño. Junto con las ventajas de rendimiento y tiempo de funcionamiento, ello puede permitir mayor libertad en el diseño, ya que la forma del vehículo no se encuentra tan condicionada por la de la batería. Para el contrapeso, es posible que sea necesario añadir materiales pesados con el fin de compensar la ligereza de la batería.

Debido a su construcción más voluminosa, las baterías tradicionales de ácido-plomo inundadas ofrecen una densidad de energía relativamente baja. No obstante, sí ofrecen una buena densidad de potencia, lo que permite suministrar rápidamente corrientes elevadas en aplicaciones pesadas. Las baterías AGM estándar y de gel tienen menor capacidad, pero existen productos AGM avanzados que son iguales o superiores a los de ácido-plomo inundados en lo que se refiere al almacenamiento y al suministro de energía.

«No soy partidario de un tipo de tecnología por encima del otro; más bien creo que cada una tiene aplicaciones para las que resulta más apropiada que la otra. Sin embargo, me preocupa un poco que, últimamente, algunas personas hayan exagerado en cierta medida las ventajas de los iones de litio. Es importante ver más allá de la publicidad y averiguar qué batería es la más adecuada para usted».

Terry Kendrew, director gerente de Impact Handling, distribuidor de Cat Lift Trucks en el Reino Unido

Carga

Las baterías de ácido-plomo inundadas necesitan cargarse durante varias horas cada vez, y los modelos AGM estándar y de gel pueden tardar incluso un poco más todavía. Para las carretillas elevadoras que operan de manera continuada, ello implica cambiar la batería después de cada turno. El momento en que se recarguen es crítico para la mayor parte de baterías de ácido-plomo. Si se hace antes de que se descarguen aproximadamente al 20 % de su capacidad, su vida útil se verá reducida. Hay que tener en cuenta que el rendimiento de las baterías de ácido-plomo puede mejorarse usando cargadores inteligentes, los cuales evitan su carga excesiva o insuficiente, reducen el consumo eléctrico, limitan la gasificación y prolongan su vida útil.

Las baterías de iones de litio permiten realizar cargas de oportunidad en cualquier momento (durante la hora de la comida, por ejemplo) sin perder rendimiento ni reducir su longevidad. Lo mismo es cierto para algunos productos AGM avanzados, pero tenga en cuenta que, en este caso, es una opción práctica más que una necesidad. Con la mayoría de las baterías de iones de litio, es totalmente imprescindible asegurarse de que esas recargas breves se produzcan de manera regular.

Las cargas de oportunidad pueden efectuarse por medio de tomas eléctricas estratégicamente situadas para no perder tiempo conduciendo hasta la sala de carga. Si se proporciona un tiempo de recarga suficiente, ya no habrá necesidad de realizar cambios de batería.

Mantenimiento

El mantenimiento de las baterías de iones de litio y de las baterías de ácido-plomo selladas es prácticamente cero, ya que no requieren rellenarse con agua. Las baterías de ácido-plomo inundadas deben revisarse y rellenarse a intervalos regulares, aunque el uso del cargador correcto prolongará esos intervalos. Algunos tipos de batería están diseñados específicamente para ofrecer unos intervalos más largos, y los sistemas de rellenado automático para usar durante la carga son otra opción.

Mantener baterías de respaldo es primordial en el caso de las celdas de ácido-plomo inundadas, ya que pierden su carga con rapidez cuando no se emplean. Puede que necesiten recargarse cada varios meses para evitar niveles de carga perjudicialmente bajos y asegurarse de que estén listas para la acción. Disponer de baterías de respaldo obliga a contar con un lugar fresco donde guardarlas. Las baterías AGM avanzadas pueden almacenarse hasta dos años antes de que sea necesario recargarlas. La vida de almacenamiento en carga de las baterías de iones de litio es todavía mayor.

«En un mundo en el que reducir la huella de carbono se ha convertido en una meta diaria, los últimos avances en nuestras carretillas elevadoras eléctricas ofrecen una alternativa real a los clientes. No obstante, la buena gestión de la energía eléctrica es vital para el éxito de esta transición energética. Oponerse al uso de las baterías de ácido-plomo inundadas o de iones de litio no tiene sentido. La clave del éxito se encuentra en lograr la combinación correcta de tecnologías. La batería correcta para la aplicación correcta».

Jean-Jacques Boulet, director de marketing de Aprolis, distribuidor de Cat Lift Trucks en Francia

Seguridad

Las baterías de ácido-plomo inundadas son una fuente potencial de derrames de ácido y de liberación de aerosoles ácidos nocivos al aire. También producen gases explosivos durante su carga, así que es vital contar con una sala bien ventilada para este fin y aplicar las prácticas recomendadas. Las baterías de iones de litio y de ácido-plomo selladas no presentan estos problemas. Los iones de litio y la tecnología AGM avanzada también reducen al mínimo la necesidad de cambiar las baterías con los riesgos que conlleva, aunque invertir en un equipo de sustitución rápida de baterías moderno puede reducir el problema.

Vale la pena mencionar que las baterías de iones de litio pueden generar temperaturas muy elevadas si su control electrónico falla. Por seguridad y para que no resulten dañadas, debería evitarse su descarga completa. No se dejará sin vigilancia ninguna máquina cuya batería de iones de litio esté completamente descargada.

Vida útil

Las cifras relativas a la longevidad de las baterías (entendida como el número de ciclos de carga y descarga que pueden ofrecer durante su vida útil) varían enormemente dependiendo del producto. En general, las baterías de ácido-plomo inundadas durarán un poco más que las de ácido-plomo selladas, pero en los productos AGM avanzados la diferencia será menor. Las baterías de iones de litio duran mucho más que las demás, aunque parece que las predicciones hechas se han rebajado. Unas condiciones de trabajo difíciles también pueden reducir su vida.

Reciclaje

Casi todos los materiales de una batería de ácido-plomo pueden reciclarse, e incluso, en ocasiones, venderse con beneficios. Las baterías de iones de litio son mucho más difíciles de reciclar en la actualidad. Una posibilidad que se está explorando es darles una segunda vida en aplicaciones menos exigentes cuando ya no sean aptas para el trabajo originario, en las carretillas elevadoras. Puede que surjan serios problemas cuando todo el mundo esté tratando de reciclar cientos o miles de baterías de iones de litio de carretillas elevadoras.

Eficiencia energética

Las baterías de ácido-plomo inundadas necesitan sobrecargarse en un 10 o un 20 % para ayudar a mantener una distribución uniforme del ácido y reducir la deposición de sulfato de plomo en sus placas. Las baterías de ácido-plomo selladas requieren menos sobrecarga, por lo que su coste energético es inferior. Las baterías de iones de litio son incluso más eficientes, al no tener esa necesidad.

Coste total de propiedad (CTP)

Las baterías de iones de litio tienen un precio de compra muy superior a las demás. También debe considerarse el coste de los puntos de carga adicionales, así como la posible inversión necesaria para reformar la infraestructura eléctrica con el fin de atender los mayores picos de demanda de los cargadores de iones de litio. Tenga en cuenta además que no se puede usar una batería de iones de litio en una carretilla preparada para ácido-plomo: alguien debe pagar para adaptarla. El posible coste de eliminar las baterías de iones de litio cuya vida útil haya llegado a su fin es un gasto adicional que aún se desconoce. Entre las baterías de ácido-plomo, usted pagará más por los productos más avanzados. Si tiene sentido o no, económicamente, invertir en estas tecnologías depende de cuánto le vayan a ahorrar a largo plazo.

Los iones de litio le ofrecen una vida útil mayor por su dinero, además de ahorros en eficiencia energética. Las baterías de iones de litio (y los productos AGM avanzados que admiten carga de oportunidad) reducen el tiempo de inactividad de las carretillas y el coste de comprar y mantener baterías de reserva. Las baterías de iones de litio y las de ácido-plomo selladas liberan un espacio valioso, al no tener que usar una sala de carga especialmente ventilada, al tiempo que ahorran en tiempo de mantenimiento. Por el momento, existen relativamente pocos casos en los que estos ahorros justifiquen el elevado coste de compra de las baterías de iones de litio, pero esto podría cambiar a medida que caigan los precios.