Ciencia de las baterías automotrices:cómo funcionan las baterías

La batería de su automóvil es uno de los componentes eléctricos más importantes y que más a menudo se pasa por alto en su vehículo. Si su batería no está en buenas condiciones, puede quedarse varado y otros componentes de su vehículo pueden dañarse. Este artículo analiza cómo funcionan las baterías y cómo cuidarlas.

¿Qué hay dentro de una batería de automóvil?

Dentro de una batería de automóvil típica hay seis componentes más pequeños que producen energía llamados celdas. Cada celda contiene una serie de electrodos o placas. La placa positiva de la batería es plomo [eróxido (PbO2). Las placas negativas de la batería son de plomo puro en un estado blando similar a una esponja. Las placas dentro de cada celda están dispuestas en capas alternas para un total de 16 componentes. Todas las placas positivas de una celda están cableadas en paralelo, al igual que todas las placas negativas.

Cada celda produce aproximadamente 2 voltios de electricidad. Las seis celdas individuales están conectadas en serie entre sí, de modo que el voltaje generado por cada celda se suma. El resultado son 12 voltios.

¿Estás listo para la química?

Una solución diluida de ácido sulfúrico (H2SO4) rodea las placas. La proporción de ácido a agua (H2O) suele estar en la región de tres partes de agua por una parte de ácido.

Cuando conectamos una carga a los terminales externos de la batería, comienza a producirse una reacción química. Nuestra mezcla de ácido sulfúrico diluido comprende H2SO4 y agua (H2O). A medida que comienza la reacción, el ácido sulfúrico se divide en iones de hidrógeno positivos (2H) e iones de sulfato negativos (SO4).

Cuando los iones de hidrógeno llegan a la placa de peróxido de plomo, absorben componentes electrónicos y se convierten en un átomo de hidrógeno. Este proceso ataca el peróxido de plomo para producir óxido de plomo (PbO) y agua (H2O). El óxido de plomo reacciona con el ácido sulfúrico para formar sulfato de plomo (Pb SO4) y agua (H2O).

Los iones de sulfato negativos se mueven libremente dentro de la solución. Cuando llegan a la placa de plomo puro, ceden su electrón adicional y se convierten en lo que se conoce como sulfato radical. Como un sulfato radical no puede existir por sí solo, atacará la placa de plomo puro para producir sulfato de plomo (PbSO4).

La acción de los iones de hidrógeno positivos que toman electrones de la placa de peróxido de plomo y los iones de sulfato negativos que ceden electrones a la placa de plomo puro producen un desequilibrio de electrones. Estos electrones fluyen a través de la carga externa para tratar de equilibrarse. Este proceso es como la batería proporciona energía a nuestra carga (luz, amplificador, calentador o computadora).

La química detrás de la carga de la batería

Cuando aplicamos una fuente de CC externa a la batería, invertimos el proceso. Una fuente de CC externa, como un alternador o un cargador de batería, envía electrones a nuestra placa de peróxido de plomo recubierta de sulfato de plomo positivo y a la placa de peróxido de plomo cubierta de peróxido de plomo negativo. Durante el proceso de carga, la densidad de la solución de ácido sulfúrico cae, pero todavía tenemos iones de hidrógeno positivos e iones de sulfato negativos.

Los iones de hidrógeno con carga positiva se dirigen más hacia el terminal negativo de la fuente de CC externa. Cada ion de hidrógeno toma un electrón de la placa negativa para convertirse en un átomo de hidrógeno. Estos átomos de hidrógeno atacan al sulfato de plomo para producir plomo y ácido sulfúrico.

Los iones de sulfato negativos se mueven hacia la placa cargada positivamente. Cuando llegan allí, ceden su electrón adicional para convertirse en sulfatos radicales. Este sulfato radical reacciona con el sulfato de plomo y forma peróxido de plomo y ácido sulfúrico.

¡Podemos simplificarlo mucho!

En pocas palabras, el terminal negativo de una batería de plomo-ácido tiene una sobreabundancia de electrones. Cuando conectas una carga a la batería, los electrones atraviesan la carga para llegar al terminal positivo. Este flujo de electrones es lo que permite que la batería proporcione energía para realizar el trabajo.

Cuando aplicamos un voltaje a la batería que es más alto que su voltaje de reposo, el flujo de electrones se invierte. Las capas de sulfato de las placas se vuelven a convertir en plomo y ácido sulfúrico.

Carga de la batería:Cálmate, ¿cuál es la prisa?

Lo peor que puede hacerle a la batería de un automóvil es acelerar el proceso de carga. Si acelera la reacción química de recarga, el sulfato de plomo se calentará y se adherirá permanentemente a las placas de plomo y peróxido de plomo. Una vez que está atascado allí, ya no podemos usar esa área de la placa para hacer fluir los electrones y hemos reducido el tamaño efectivo de la batería.

Probablemente haya escuchado la expresión "una batería nunca es la misma después de que se agota". Esta afirmación es muy cierta si la batería no se carga suave y completamente.

Cuando desee recargar su batería correctamente, mantener el proceso lento permitirá que la reacción química tenga lugar a un ritmo controlado. Si está utilizando un cargador controlado por computadora de alta calidad (¡y debería estarlo!), hay dos etapas principales de carga. La primera etapa se llama carga masiva. El cargador mantendrá un flujo de corriente constante hacia la batería ajustando el voltaje aplicado.

¿Cómo sabe si está cargando una batería de cuidado demasiado rápido? Las baterías inundadas estándar no deben exceder aproximadamente los 120 grados Fahrenheit durante la carga. Sugerimos que más lento y más frío siempre es mejor. Una batería de fibra de vidrio absorbente (AGM) o de gel no debe exceder los 100 grados.

Una vez que aproximadamente el 80% de la energía utilizada haya regresado a la batería, el cargador pasará a la etapa de absorción. En esa etapa, el cargador proporciona un voltaje constante a la batería y el flujo de corriente disminuye a medida que la batería alcanza la carga completa.

Cómo calcular las tasas máximas de carga de la batería

Una batería de automóvil relativamente grande puede tener una capacidad de 70 u 80 amperios-hora. Esta especificación significa que, en condiciones ideales, puede extraer 1 amperio de corriente de la batería durante 70 u 80 horas. Después de ese tiempo, la batería se considerará descargada.

Para encontrar la tasa de carga ideal para nuestra batería de 70 amperios por hora, dividimos esta especificación por 10 para obtener siete amperios. La batería debe poder aceptar 7 amperios de corriente de carga sin sobrecalentarse. Vale la pena señalar que, si la batería está completamente descargada, se necesitarán 10 horas para cargarla. Recuerde, más lento es mejor cuando se trata de cargar baterías.

Cuidar la batería de tu coche

Algunos de los que somos más fanáticos del cuidado y mantenimiento de las baterías de nuestro coche las conectaremos a cargadores de baterías inteligentes varias veces al año. Una regla general es cargar la batería por completo después de cada cambio de aceite, o cuatro veces al año. Debe aumentar esta frecuencia si realiza viajes cortos que no proporcionan el tiempo de carga adecuado. Del mismo modo, el tiempo dedicado a reproducir su sistema de audio con el motor apagado puede agotar la batería muy rápidamente. Si ha salido con amigos y la batería de su automóvil se ha agotado, colóquelo en un cargador de alta calidad durante la noche.

Si puede acceder a la solución de ácido en su batería, asegúrese de que esté en el nivel adecuado o, al menos, que cubra completamente las placas de plomo. Se debe usar un hidrómetro para confirmar la gravedad específica de la solución, pero si es baja, es mejor agregar agua destilada que no hacer nada. Ese pequeño “ojo” verde incluido en algunas baterías es un hidrómetro. Cuando desaparece, el equilibrio químico dentro de la batería está apagado y necesita cargarse.

Su minorista local de productos electrónicos móviles puede tener un probador de carga de batería que usan antes de cada arrancador de automóvil remoto que instalan. Si le preocupa el estado de su batería, pídales que la revisen. Quedarse varado debido a una batería descargada cuando las temperaturas bajan es frustrante si está tratando de llegar a casa o al trabajo.

Asegúrese de que los terminales de la batería y las conexiones a su vehículo estén limpios y seguros en todo momento. Una conexión floja puede tener un efecto adverso dramático en la funcionalidad de su sistema eléctrico.

Si necesita una batería nueva, consulte primero con su distribuidor local de accesorios móviles. A menudo tienen una amplia experiencia en la actualización de baterías y pueden ayudarlo a elegir una solución que garantice que su automóvil esté listo para funcionar cada vez que gire la llave.