Las baterías de plomo-ácido se fabrican con una mezcla de placas de plomo y ácido sulfúrico. Este fue el primer tipo de batería recargable, inventada en el lejano año de 1859.
Las baterías de ión-litio, por otra parte, son un invento mucho más reciente, y sólo han existido en una forma económicamente viable desde la década de 1980.
La tecnología del litio ha demostrado su eficacia a la hora de alimentar pequeños aparatos electrónicos, como ordenadores portátiles o dispositivos inalámbricos, y cada vez es más común en este tipo de aplicaciones, superando a las antiguas pilas recargables de NiCad (níquel-cadmio) gracias a las numerosas ventajas del litio.
Permanecen en la memoria aquellas noticias de hace unos años sobre baterías defectuosas de ordenadores portátiles que estallaban en llamas, debido a lo cual las baterías de ión-litio se ganaron la reputación de tener un elevado riesgo de incendiarse.
Las baterías de ión-litio más utilizadas eran las de óxido de litio y cobalto (LiCoO2), que tienden a desbordarse térmicamente si se sobrecargan accidentalmente. Efectivamente, esto podría provocar que la batería se incendiara, y cabe decir que el litio arde muy rápido y con una temperatura muy alta.
Ésta es una de las razones por las que, hasta hace poco, el litio apenas se utilizaba para crear grandes bancos de baterías.
Sin embargo, en 1996 se desarrolló una nueva fórmula para conseguir baterías de iones de litio: la combinación de fosfato de hierro y litio. Conocidas como LiFePO4 o LFP, estas baterías tienen una densidad energética ligeramente inferior, pero son intrínsecamente incombustibles y, por tanto, mucho más seguras que las de óxido de litio y cobalto. Y una vez consideradas las ventajas, las baterías de iones de litio se vuelven sumamente tentadoras.
1/ Capacidad de uso superior
A diferencia de lo que sucede con las baterías de plomo-ácido, se considera práctico utilizar habitualmente el 90% o más de la capacidad nominal de un banco de baterías de litio, y ocasionalmente, incluso más. Por ejemplo, una batería de 100 amperios/hora: si fuera de plomo-ácido, sería prudente utilizar sólo de 30 a 50 amperios/hora de líquido, pero con el litio se puede aprovechar 90 amperios/hora o incluso 100Ah (100% DoD).
2/ Mayor vida útil
Los fabricantes y los laboratorios aseguran que una batería LiFePo4 de alta calidad puede entregar decenas de miles de ciclos. Sin embargo, se trata de valores teóricos que no pueden verificarse fácilmente.
Desde un punto de vista práctico, y en condiciones de uso real, las baterías LiFePo4 de calidad estándar pueden ofrecer al menos 2.000 ciclos de carga/descarga a una tasa de descarga del 80% DoD y 1C, y la capacidad restante se mantiene por encima del 80%. Estos valores dependen de la velocidad de carga, la profundidad de descarga, pero sobre todo de la calidad de las celdas utilizadas.
Estos resultados de ciclo de vida son mucho mejores que los de las baterías químicas NMC o NCA, utilizadas masivamente en la industria de los vehículos eléctricos. En cambio, incluso las mejores baterías de plomo-ácido de ciclo profundo sólo suelen durar entre 500 y 1.000 ciclos.
En el caso de baterías como las producidas por PowerTech Systems, que utilizan celdas de alta calidad, clasificadas y ajustadas entre sí, se pueden conseguir de 4.000 a 5.000 ciclos a 1C y 80% de DoD. Adicionalmente, este número de ciclos puede aumentarse considerablemente reduciendo la profundidad de descarga (DoD).
El siguiente diagrama muestra el número de ciclos en función de la profundidad de descarga para la gama de productos PowerBrick, PowerRack y PowerModule:
3/ Pérdidas de Peukert y caída de tensión prácticamente inexistentes
La curva de descarga de las baterías de litio (especialmente en relación con las de plomo-ácido) es esencialmente plana, lo que significa que una batería cargada al 20% proporcionará casi la misma tensión de salida que una batería cargada al 80%.
Esto evita cualquier problema causado por la «caída de tensión» común a las baterías de plomo-ácido cuando se descargan, pero significa que cualquier monitor de batería o generador de arranque automático que dependa de los niveles de tensión probablemente no funcionará nada bien cuando se monitorice un banco de litio.
Otra gran ventaja de las baterías de litio es que las pérdidas de Peukert son prácticamente inexistentes. Esto significa que las baterías de iones de litio pueden suministrar toda su capacidad nominal, incluso a altas corrientes, mientras que las de plomo-ácido pueden llegar a perder hasta un 40% de su capacidad con cargas elevadas.
En la práctica, esto significa que los bancos de baterías de ión-litio son muy adecuados para alimentar cargas de alta corriente, como un aparato de aire acondicionado, un microondas o una placa de inducción.
4/ Ventajas de tamaño y peso
Para destacar las características únicas en términos de peso y tamaño de las baterías de iones de litio, tomemos un ejemplo significativo: batería de plomo-ácido frente a batería de litio. Una batería de Plomo-ácido de 12V y una PowerBrick 100 con tecnología de Litio-Hierro-Fosfato.
Batería de plomo-ácido de 12V de Trojan, Deep-Cycle Reliant™ AGM : Trojan 1275-AGM.
12V LiFePO4 : PowerBrick+ 100Ah de PowerTech Systems
5/ Carga rápida y eficaz
Las baterías de iones de litio pueden cargarse «rápidamente» hasta el 100% de su capacidad. A diferencia de las de plomo-ácido, no es necesaria una fase de absorción para obtener el 20% final almacenado. Y, si su cargador es lo suficientemente potente, las baterías de litio también pueden cargarse realmente rápido. Si se proporcionan suficientes amperios de carga, se puede cargar completamente una batería de iones de litio en sólo 30 minutos.
Pero incluso si no se llega al 100%, no es un problema: a diferencia de lo que ocurre con las baterías de plomo-ácido, si las baterías de ión-litio no se cargan por completo con regularidad, no se dañan.
Esto proporciona mucha flexibilidad para aprovechar las fuentes de energía siempre que estén disponibles sin preocuparse de tener que hacer una carga completa con regularidad. Por ejemplo, si se suceden varios días parcialmente nublados que pueden afectar a la instalación solar, no hay problema siempre y cuando se sea consciente de las necesidades. Con el litio se puede cargar la energia disponible sin preocuparse por dejar el banco de baterías perpetuamente con poca carga.
6/ Mínimo desperdicio de energia
Las baterías de plomo-ácido son menos eficientes almacenando energía que las baterías de iones de litio. Estas cargan con una eficiencia de casi el 100%, en comparación con el 85% de eficiencia de la mayoría de las baterías de plomo-ácido.
Esto puede ser especialmente importante cuando la carga se realiza mediante energía solar, ya que se trata de exprimir al máximo la eficiencia de cada amperio antes de que el sol se ponga o quede cubierto por las nubes.
En teoría, con el litio casi cada rayo de sol que se puede recoger va a parar a las baterías. Teniendo en cuenta las limitaciones de espacio de los tejados y del espacio de almacenamiento para los paneles, es crítica la optimización de cada cm2 de potencia que se pueda instalar.
7/ Resistencia al clima
Las baterías de plomo y litio pierden su capacidad en ambientes fríos. Como se puede ver en el diagrama inferior, las baterías de iones de litio son mucho más eficientes a bajas temperaturas. Además, la velocidad de descarga afecta al rendimiento de las baterías de plomo-ácido. A -20°C una batería de litio que suministre una corriente de 1C (una vez su capacidad), puede suministrar más del 80% de su energía, mientras que la batería AGM suministrará el 30% de su capacidad. Así pues, para entornos duros (frío y calor), el Litio-Ion es la opción más adecuada.
8/ Menos problemas de colocación
Las baterías de iones de litio no necesitan almacenarse en posición vertical o en un compartimento ventilado. Y además se pueden ensamblar con bastante facilidad en configuraciones poco habituales, lo que supone una ventaja si lo que se pretende es exprimir toda la potencia posible en un compartimento pequeño.
Esto es especialmente útil si se dispone de un compartimento de baterías de tamaño limitado, pero se desea o necesita más capacidad de la que actualmente puede proporcionar el plomo-ácido.
9/ No requieren mantenimiento
Las baterías de ión-litio requieren de muy poco mantenimiento. El sistema de gestión de baterías (BMS) realiza automáticamente un proceso de «equilibrado» para garantizar que todas las celdas de un banco de baterías se cargan por igual. Basta con cargar la batería y listo.
