Imatge de portada

Equipo / Electrónica

<< VOLVER

Baterías: del plomo al litio

18/02/20

En un barco, desde los equipos de confort hasta la electrónica y el motor, necesitan de la corriente de las baterías. Aunque su tecnología ha evolucionado, en la mayoría de las embarcaciones, se mantienen la de plomo. A.Brel

 

Hay que esperar que, con la llegada de los automóviles eléctricos, alimentados por baterías de litio, esta tecnología incremente su presencia en las embarcaciones.

Las baterías AGM helicoidal están previstas para equipos de gran consumo.

 

 

La evolución de las baterías de plomo

En la mayoría de los casos, las baterías instaladas responden a la tecnología de arranque. Tres son los tipos principales existentes hoy en el mercado: abierta con tapones y electrolito líquido, cerrada con electrolito líquido (tapa soldada pero no estanca) y baterías selladas (gel y AGM). La batería tradicional con tapones tiende a desaparecer. Se reemplaza por modelos, también con electrolito líquido, sin la posibilidad de agregar electrolito. Cuando se descarga, el gas que libera se recombina con agua para rehacer el electrolito. La cantidad que contiene está prevista para ser suficiente, en uso normal, para una vida útil de 5 a 7 años. A esta tecnología, se ha agregado calcio al plomo, con el fin de reducir la tasa de autodescarga.

 

Control de las baterías Atomic Batteries desde el teléfono móvil.

 

Esta tasa corresponde al porcentaje de pérdida de capacidad cuando no se usa una batería. En las baterías de plomo tradicionales era del 10 al 15% por mes, lo que requería una recarga regular. En los modelos cerrados, es de diez veces menos. Tenemos, pues, que, en seis meses, una batería cargada pierde como máximo el 10% de su capacidad frente a más del 50% en un modelo tradicional. En las baterías selladas, el electrolito está contenido en una sustancia gelificada (gel), o absorbido en mat o paneles de tejido de fibra de vidrio (AGM). Una variante del AGM es la batería en helicoidal (placas en helicoidal). Su ventaja está en que puede suministrar más corriente en un volumen pequeño. Este tipo de baterías está indicado para consumos elevados (motor, molinete, propulsor de proa, etc.).

Las baterías con tapones ha prácticamente desaparecido de a bordo.

 

En las baterías de gel o AGM (Absorbed Class Mat), en las que el electrolito está absorbido por un gel o por fibra de vidrio, no libera gas y, por lo tanto, no requiere ventilación, por lo que las baterías se pueden instalar en cualquier lugar y en cualquier posición, incluso al revés. No necesitan, como en los modelos con electrolito líquido, instalarse en un recipiente con evacuación externa para el caso de fuga de electrolito, y toma de aire libre para la evacuación de gases.

 

 

Banco de baterías de litio en un barco equipado con motor eléctrico.

 

La elección de los astilleros

Todavía no instalan baterías de litio, aunque sí se utilizan en barcos de regata, híbridos o eléctricos. Y, cuando uno se ve obligado a renovar su parque de baterías, se puede preguntar: ¿qué tipo de batería elijo? Hasta la fecha, las de electrolito cerradas, como hemos visto en los últimos salones náuticos, todavía se equipan en los últimos modelos de embarcaciones, sobre todo por su buena relación calidad-peso-precio. En la mayoría de los casos, se pueden utilizar tanto para la alimentación de los equipos de a bordo como a la electrónica, como para arrancar el motor. Por ello, las del tipo AGM y de gel son las más habituales. El AGM que proporciona alta corriente instantánea (como batería de arranque) y se destina a equipos de gran consumo como el motor, la hélice de proa, el molinete, etc.

Mastervolt ofrece en la actualidad baterías de AGM, gel e ión-litio.

A modo indicativo, una batería de helicoidales AGM de 90 Ah puede proporcionar la misma potencia de arranque que una de electrolito líquido de 180 Ah. La de gel es más similar a una de arranque y también puede proporcionar una corriente constante, incluida una descarga profunda, por lo que resulta adecuada para todos los equipos a bordo.

En la práctica, teniendo en cuenta los problemas de recarga, es necesario optar por el compromiso de emplear una sola tecnología a bordo (baterías de electrolitos líquidos cerrados o AGM) dedicando, además una batería para el molinete y la hélice de proa.

En este caso, es conveniente que sea una batería AGM helicoidal.

 

 

La tecnología de litio

Para comprender la tecnología de las baterías de litio, recordemos las de plomo. Una batería de plomo-ácido consiste en rejillas de plomo (una positiva y una negativa) separadas por un aislante, y sumergidas en una solución ácida denominada electrolito. Cuando la batería está cargada, se mantiene un equilibrio entre los componentes químicos de las placas y el electrolito. Cuando se rompe este equilibrio conectando un equipo que consume a los bornes de la batería, el electrolito se combina con las placas y se convierte en agua. Entonces, la batería está agotada. Para restablecer su capacidad, o recargarla, debe reinyectarse corriente (alternador, cargador, solar, eólico, etc.). En una batería de litio, la reacción no depende del plomo sino del litio. Al referirnos a una batería de litio, es necesario es necesario entender la tecnología usada para su realización. Se han invertido muchas horas de investigación en el desarrollo de las baterías de litio, y todavía se está progresando en este tipo de baterías con el fin de optimizar la máxima potencia, el mínimo peso y, sobre todo, una gran seguridad de uso.

 

 

Actualmente, podemos referirnos a tres tecnologías principales: ion de litio (electrodo positivo de óxido de metal como manganeso, electrodo negativo de grafito y electrolito de sal disuelto en una mezcla de carbonato); polímero de ion de litio (electrolito de polímero gelificado); fosfato de litio y hierro (electrodo positivo hecho de grafito, electrodo negativo, fosfato de hierro y litio (compuesto de litio), electrolito polimérico gelificado). Las primeras baterías fueron de iones de litio. Es la combinación que ofrece la mayor energía, pero existe cierto riesgo combustión o explosión espontánea (por esta razón no se pueden facturar en los equipajes de los aviones).

 

Ejemplo de banco de baterías sin mantenimiento en su correspondiente caja.

 

Sin embargo, tienen la mejor relación energía peso (200 Wh/kg). Un elemento entrega un voltaje de 3,6 a 3,7 voltios. Para superar las desventajas del ion de litio, se ha desarrollado una variante de polímero de ion de litio (Li-Po). Si bien la energía que entrega es ligeramente menor que la anterior, sus ventajas son su peso (sin carcasa metálica), su forma que puede variar (soporte flexible) y la seguridad. Este tipo es el utilizado en los ordenadores portátiles, los móviles, etc. El fosfato de hierro y litio comúnmente llamado LFP, produce un voltaje más bajo (3,3 voltios), pero tiene las ventajas ser más seguro y con un costo menor que el Li-Po. En una batería de iones de litio, se utilizan metales caros como el cobalto y el níquel. En una LFP, el cátodo es fosfato de hierro (económico) que no libera hidrógeno. Por lo tanto, no hay riesgo de explosión o emisión de gases tóxicos.

 

 

Su vida útil es también un aspecto a favor. Su único inconveniente es que debe tener un sistema de seguridad y regulación BMS (sistema de gestión de la batería), que generalmente va integrado en la batería. Hasta la fecha, las baterías LFP son las que habitualmente se usan en las embarcaciones de recreo. Se está investigando en otras tecnologías que, incluso se utilizan en ciertos vehículos de motor, como el polímero de litio y metal (LMP), que ofrece ventajas como seguridad, baja contaminación y reciclable. Su principal inconveniente es el que el rendimiento óptimo se obtiene cuando se usa a temperaturas entre 60° C y 80° C. Las baterías basadas en titanato de litio o el litio-aire están todavía en desarrollo.

Un aspecto a tener en cuenta son las existencias de litio. En este aspecto podemos estar tranquilos ya que hay mucho, pero los lugares donde su explotación es fácil y a un costo razonable son pocos. Hoy, más del 70% de la producción proviene de América del Sur (Chile, Argentina, Bolivia).

 

 

Detalle del interior de una batería AGM.

Baterías de litio para navegar

En la actualidad, las baterías utilizadas son de fosfato de litio y hierro (LFP o LiFePO4) por las razones que hemos mencionado (estabilidad, seguridad), descarga constante y carga rápida. Su funcionamiento se puede comparar con el de una batería AGM. Los dos elementos principales son el cátodo (fosfato de litio y hierro) con un colector de aluminio, y el ánodo de grafito con un colector de cobre, que sigue siendo el electrolito, y que es un polímero gelificado. Cuando se carga la batería, se produce una destrucción del cátodo que causa una formación de grafito en el ánodo. Durante la descarga, el proceso se invierte. El voltaje de un elemento es de cerca de 3,3 voltios.

 

Gama Marine Performance de Atomic Batteries.

 

Para fabricar una batería de 12 voltios, se han de combinar cuatro elementos en serie; y para una de 24 voltios, ocho elementos. A diferencia de las baterías de plomo-ácido, la capacidad no varía con la intensidad de la descarga. Son ligeros (el litio es un metal muy ligero de 0,534 g/cm3, cercano a la madera de abeto) y la descarga compacta y completa es segura, con unas propiedades de carga rápida. Son insensibles a la temperatura y la vida útil y la cantidad de ciclos son elevadas.

¿Todo son ventajas? No. Es sensible a las intensidades de carga y descarga, de ahí la necesidad de tener un BMS (Sistema de gestión de batería) interno. Queda hablar de la carga. Aquí hay que decir que las generaciones antiguas de cargadores no son adecuados para estas tecnologías, pero la mayoría de los cargadores nuevos tienen una salida para cargar LFP. Tengamos en cuenta que existen cargadores para una carga rápida sin riesgo alguno.

 

 

Las baterías de ión-litio de Mastervolt incluyen el gestor integrado BMS.

Si bien es cierto que le precio de las baterías de litio es todavía elevado, hemos de tener en cuenta que esta tecnología debe destinarse a un uso específico a bordo y que su duración es más que notable, en comparación a otros tipos de baterías. En una batería tradicional, solo se puede utilizar el 50% de la capacidad antes de recargar. En una de litio, se puede usar el 100% sin riesgo alguno, y realizar una recarga muy rápida. Una batería de plomo-ácido tiene como mucho entre 300 y 500 ciclos de carga; en una de litio de calidad, se contemplan más de 3.000 ciclos con una descarga de 100%, 5.000 ciclos a 80%, y unos 10.000 ciclos a 65%. ¿Y el cableado? Es idéntico al de las baterías de plomo. Como en cualquier batería, montado en serie, se duplica la tensión, y en paralelo la capacidad.

 

 

Pack de cuatro baterías conectadas en paralelo.

 

La oferta actual

Las baterías de litio (LFP) están cada vez más presentes en las tiendas de náutica y acastillaje. Por ejemplo, Accastillage Diffusion ofrece los modelos NOOVI. Una de 100 Ah (con un peso de 12,5 kg) cuesta unos 1.700 euros. En comparación, el mismo proveedor ofrece una AGM o gel de 100 Ah a 300 E con un peso de 30 kg y una capacidad disponible de 50 Ah.

Mastervolt, especialista en energía, ofrece dos modelos en 12 voltios (180 Ah y 360 Ah) y uno en 24 voltios (180 Ah).

En Atomic Batteries, tenemos dos rangos completos disponibles: uno para arranque y otro para servicio (Carbon Custom). Se ensamblan en Francia con las células LFP de la marca A123 Systems. La caja es de composite de carbono, la vida útil de 5.000 ciclos y la garantía (Carbon Custom) de cinco años. Una batería de arranque viene a costar unos 1.290 euros (modelo 12 voltios 40 Ah), y una de servicio unos 1.590 euros (12 voltios 60 Ah).

 

Toma para el control a distancia de las baterías Mastervolt.

 

Baterias de ión-litio MLI de Mastervolt

Las baterías ion-litio MLI-E de Mastervolt, llenan el hueco entre las compactas baterías MLS y las de gran capacidad MLI Ultra 2500 y 5000. La MLI-E es ideal para usos donde es importante la vida útil, la ligereza, la carga rápida y el volumen. En concreto la serie MLI responde a estos requerimientos y está concebida para cliclos extremos, como hacer funcionar el aire acondicionado, bombas o motores eléctricos durante largos períodos de tiempo con cortas cargas intermitentes.

Son convenientes para aplicaciones híbridas y eléctricas y pueden conectarse en paralelo son límites. Las MLI están equipadas con un sistema integrado de gestión de baterías (BMS) y de comunicación a través de un Master/Bus CAN.

Las MLI Ultra de Mastervolt son baterías de ión-lítio de alta capacidad.