"La fabricación de la batería es el proceso de transformación de los materiales activos de una nueva batería en su forma utilizable."

El envejecimiento de la batería

El envejecimiento de la batería

Articulos 18/07/12

La fabricación de la batería es el proceso de transformación de los materiales activos de una nueva batería en su forma utilizable.​​​​​​​



Carga de acondicionamiento o de Formación en las baterías


La estructura cristalina inicial del electrólito o los eléctrodos está determinada por el proceso de fabricación mediante el cual se hicieron estos componentes y el proceso de recubrimiento de los electrodos. Estos pueden ser la estructura óptima para minimizar la impedancia interna de la batería y no pueden proporcionar un contacto óptimo entre el electrólito y los electrodos. El paso de corriente a través de la batería y la calefacción y la refrigeración de la batería se someten a causar pequeños cambios en la micro estructura o la morfología de los productos químicos activos.


La formación y la duración de la primera carga se hace esencialmente en la planta del fabricante de baterías donde se hace bajo condiciones muy cuidadosamente controladas de temperatura para crear la microestructura deseada de los componentes y el contacto entre ellos.


Con algunas formulaciones químicas pueden pasar diez ciclos de carga -descarga o más antes de que la batería es capaz de entregar toda su potencia o capacidad.


Envejecimiento de las baterías


Un vez en uso el perfil de utilización de la batería viene determinado por el usuario. Durante la vida de la batería, aunque no hay un cambio indeseable en la composición química de los materiales, la morfología de los componentes activos continuará para cambiar, en general, para peor. El resultado es que el rendimiento de la batería se deteriora gradualmente y finalmente la batería se vuelve inservible.


A medida que la batería envejece, tanto la composición química y la estructura cristalina de los cambios materiales, los cristales más grandes tienden a formar dendritas metálicas en los electrodos.


Hay varias consecuencias debido a estos cambios:


  • Como los cristales más pequeños creados durante la fabricación de la batería crecen a una media más grande la impedancia interna de la batería aumenta y la capacidad se reduce.
  • El crecimiento de cristales y dendríticación causa un hinchamiento de los electrodos que a su vez ejerce presión sobre el electrólito y el separador. Cómo que los electrodos presionan más cerca entre si la auto descarga de la batería tiende a aumentar.
  • En casos extremos, el separador puede ser penetrado por el crecimiento del dendrítico o vidrio dando como resultado una auto descarga incluso más alta o un cortocircuito.


Cuando una batería presenta una auto descarga de alta, no hay remedio disponible para revertir su efecto.


Las tensiones cíclicas mecánicas en las baterías


A las baterías de iones de litio la inserción o eyección de los iones de litio dentro y fuera de los espacios de intercalación durante la carga y descarga es una de las causas por el cual los materiales de los electrodos se hinchan . Ciclos repetitivos pueden debilitar la estructura del electrodo reduciendo su adhesión a la corriente del colector causando que la batería se hinche. Esto puede conducir a la reducción de la capacidad de carga y, finalmente, al reciclaje de la batería.


El grado de expansión o contracción de la estructura de electrodo depende de los materiales utilizados. El cambio de volumen en cada uno de los electrodos en las baterías de cobalto litio tiende a reforzarse entre si haciendo que la batería se inflame mientras que los cambios de volumen de los electrodos en las baterías de fosfato de litio tienden a compensar el abultamiento a un mínimo.


El uso de silicio como material del ánodo en lugar de carbono ofrece la posibilidad de unas capacidades de carga muy elevadas, hasta diez veces mejor que la de carbono. Desafortunadamente los ánodos de silicio están sujetos a un cambio de volumen del 400% durante la carga que conduce a la degradación física de la capa de ánodo. Esto sigue siendo un problema sin resolver y varias soluciones posibles están siendo investigadas.


Efecto Memoria en las baterías


La denomínate "efecto memoria" es otra manifestación de la morfología cambiante con la edad de los componentes de la batería. Parece que las baterías de Ni-*Cd pueden "recordar" la cantidad de descarga que se ha necesitado en las descargas anteriores y sólo aceptaría esta cantidad de carga en las descargas posteriores. Las baterías de Níquel hidruro metálico sufren el mismo problema pero en menor medida. El que pasa en realidad es que las cargas superficiales repetidas causan cambios a la estructura cristalina de los electrodos tal como se ha señalado anteriormente y esto hace que la impedancia interna de la batería aumente y su capacidad se reduzca. *Las cargas lentas como por ejemplo goteo de carga tienden a incrementar el crecimiento indeseable de cristales , tal como lo hace a altas temperaturas y por lo tanto se tienen que evitar.


Reacondicionamiento, regeneración o desulfatación de las baterías


A menudo es posible desulfatar una batería cerca de su capacidad total esencialmente mediante la repetición del proceso de formación para romper los cristales más grandes en su medida más pequeña. Una o más descargas profundas por debajo de 1,0 V / bateria con una corriente controlada muy baja es suficiente para causar un cambio en la estructura molecular de la celda y reconstruir su composición química original. Por lo tanto haciendo un tratamiento de descargas eléctricas a las baterias se puede hacer que pierda su memoria. Con estos métodos no se tiene que trabajar con las baterías más viejas cuando la estructura cristalina ha arraigado y en realidad podría empeorar por el aumento de la tasa de auto descarga. Estas baterías que se acercan al final de su vida útil tienen que ser retiradas.


Pasivación


La pasivación es otra acción química secundaria que puede ocurrir en una batería. En algunas baterías se forma un capa resistente en los electrodos debido a un almacenamiento prolongado. Esto puede ser en forma de un depósito químico o simplemente un cambio en la estructura cristalina de la superficie del electrodo. Esta capa impide las reacciones químicas de la batería y su capacidad para suministrar corriente, así como aumentar la resistencia interna. Esta barrera normalmente tiene que ser retirada para permitir el correcto funcionamiento de la batería, pero, en algunos casos la pasivación puede traer un beneficio mediante la reducción de auto descarga de la batería . Igual que con la desulfatación , aplicar ciclos controlados de carga / descarga ayuda la recuperación de la batería para su uso.


Pérdida de Electrólito


Cualquier reducción en el volumen de los productos químicos activos de la batería reduce directamente su capacidad eléctrica . Al mismo tiempo el ciclo potencial de la vida se reducirá automáticamente .


Con el tiempo el electrólito puede tener escapes debido al deterioro de los sellos de cierre de las baterías. Incluso con buenos cierres en el electrólito los disolventes pueden eventualmente penetrar a través de la junta durante un periodo prolongado y el electrólito secarse siendo el causante si las baterías se almacenan en una atmósfera seca o si su contenido se encuentra bajo presión debido a las altas temperaturas.


Sin embargo, la pérdida de electrólito no es sólo causa de la pérdida física del electrólito de la batería , el electrólito puede ser efectivamente perdido para el sistema electroquímico, puesto que ha sido transformada o descompuesta en otro compuesto inactivo que puede o no puede permanecer dentro de la carcasa de la batería.


La corrosión es un ejemplo de esto , como otros compuestos que pueden haber sido causados por el sobre calentamiento o abuso. La gasificación y la evaporación son dos mecanismos por los cuales se puede perder electrólito provocando así una pérdida irreversible en la capacidad de la batería.


Sistemas recombinantes

Para evitar la pérdida de electrólito de las baterías secundarias en las cuales el ciclo de carga electroquímica produce productos gaseosos estas tienen que ser selladas. Los sistemas de ciclo cerrado en que los gases se hacen por recombinar y para recuperar los productos químicos activos se denominan sistemas recombinantes. NiCad y baterías SLA utilizan diseños recombinantes. Este proceso de gasificación tiende a limitar la sobrecarga y también sirve para equilibrar las tensiones o niveles de carga de las baterías en una cadena en serie.


Las baterías de iones de litio no producen gases durante la carga normal o de los procesos de descarga para la recombinación. Si se produce gasificación en baterías de litio, en general es el resultado de la descomposición irreversible del electrólito y, posiblemente, la primera etapa de embalamiento térmico de la batería.


Ventilación


Aunque la mayoría de las baterías modernas tienen una construcción sellada para evitar la pérdida de electrólito, suelen tener un respiradero para aliviar la presión si hay un peligro de ruptura debido a una excesiva presión. Siempre que un respiradero trabaja, se libera o expulsa algunos de los productos químicos activos a la atmósfera y por lo tanto reduce la capacidad de la batería.


Para determinar si la pérdida de electrólito que a través de la ventilación se ha producido, la batería sospechosa puede ser pesada y su peso en comparación con el peso de una batería buena conocida de la misma marca y capacidad.


Los escapes


Los escapes solían ser un problema importante con las baterías de zinc-carbono. Esto se debía de a que la cubierta de zinc participa en la reacción electroquímica de descarga. Durante la vida de la batería , las paredes de las mismas se vuelven progresivamente más delgadas y como el zinc se consumen hasta que permiten que el electrólito se escape. . Para agravar el problema los productos químicos que escapan también crean corrosión en los terminales de la batería. Las nuevas construcciones de baterías y materiales modernos han disminuido significativamente este problema. Sin embargo, algunas baterías todavía pueden tener escapes debido al sellado deficiente o problemas de corrosión.


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