Los vehículos terrestres, desde bicicletas a scooters y coches, están equipados con baterías de litio, pero ¿y en el agua? Desde hace poco, la mayoría de los astilleros las ofrecen en sus barcos, y muchos navegantes se plantean sustituir sus baterías por esta tecnología. Pero antes, es importante conocer sus ventajas y desventajas.
Autor: Albert Brel
Tecnología del litio
Para entender la tecnología de una batería de litio, es útil examinar detenidamente la batería de plomo-ácido. Está formada por rejillas de plomo (una positiva y otra negativa) separadas por un aislante y sumergidas en una solución ácida (electrolito).
Cuando la batería está cargada, existe un equilibrio entre los componentes químicos de las placas y el electrolito. Cuando se rompe este equilibrio conectando un consumidor a los bornes de la batería, el electrolito se combina con las placas y se convierte en agua. La batería se descarga. Para restablecer su capacidad, hay que inyectar corriente (alternador, cargador, panel solar, turbina eólica, etc.).
En una batería de litio, la reacción no se basa en el plomo, sino en el litio. Las cuatro tecnologías principales son: NMC (níquel-manganeso-cobalto), LMO (óxido de manganeso), NCA (níquel-cobalto-aluminio) y LFP o LiFePo4 (fosfato de hierro y litio). Esta última se ha elegido actualmente para su uso en los sectores industrial y del transporte, incluidos los buques. Aunque produce un voltaje inferior (3,3 voltios) al de las otras tecnologías, presenta las siguientes ventajas: uso seguro, alta tolerancia de carga y menor coste gracias al empleo de componentes menos costosos.
En una LFP, el cátodo es fosfato de hierro (barato) que no desprende hidrógeno, por lo que no hay riesgo de explosión ni emisión de gases tóxicos. En cuanto a su vida útil, es larga. La única desventaja es que requieren un BMS (Battery Management System), que suele estar incorporado en la batería, y funcionan de forma similar a una batería AGM.
Los tres elementos principales son el cátodo (fosfato de hierro y litio) con un colector de aluminio, el ánodo de grafito con un colector de cobre y el electrolito, que es un polímero gelificado. Cuando la batería se carga, el cátodo cambia de estado y se forma grafito en el ánodo. Cuando la pila se descarga, el proceso se invierte. El voltaje de una pila es de unos 3,3 voltios. A diferencia de las baterías de plomo-ácido, la capacidad no varía con la intensidad de descarga.
Los seis puntos fuertes de las baterías de litio son:
- Una vida útil de 5 a 10 veces superior a la de las baterías convencionales de plomo-ácido.
- Una gran capacidad en un volumen reducido.
- La posibilidad de descargar el 100%
- Un bajo índice de autodescarga (descarga cuando no se utilizan).
- Una recarga rápida
- La capacidad se mantiene constante en función de la corriente de descarga
Puntos débiles de las baterías de litio
Todas las celdas que componen una batería de litio son químicamente inestables. Dado su alto contenido energético, es necesario un componente capaz de controlar y estabilizar la batería. Este elemento, denominado BMS (Battery Managing System), consiste en una tarjeta electrónica situada en la parte superior de la batería. Debe ser fiable durante toda la vida útil de la batería y adaptarse a los sistemas de recarga externos (cargador, alternador, solar, etc.). Los fabricantes de cargadores son conscientes de ello y ofrecen cargadores adaptados que, en algunos modelos, pueden interactuar con las baterías a través de un bus (red CAN). Este bus permite conectar y comunicar entre sí una amplia gama de equipos. Este sistema, que se encuentra en las grandes instalaciones, no es obligatorio. La recarga puede realizarse a partir de un cargador específico con una salida adaptada a las baterías LFP.
¿Qué cargador para baterías de litio?
Las viejas generaciones de cargadores con transformadores pesados y engorrosos, que aún se encuentran en la industria del automóvil y las tiendas de bricolaje, prácticamente han desaparecido del sector náutico. Han sido sustituidos por modelos de conmutación más ligeros y fiables que ofrecen un mejor control de la carga. También existen modelos de resonancia LLC de alta eficiencia. Estos nuevos modelos (de conmutación y LLC) tienen la ventaja de ser insensibles a la tensión de entrada (230 voltios), lo cual es importante porque la tensión suministrada por los terminales de tierra no siempre es de 230 voltios.
Las baterías de litio aceptan una corriente de carga elevada, que puede ser igual a su capacidad. Por ejemplo, una batería de 100 Ah completamente descargada puede recargarse en menos de una hora, siempre que el cargador pueda suministrar la corriente necesaria. La mayoría de los cargadores de nueva generación tienen una salida específica para las baterías de litio, en función de su curva de carga específica.
Para baterías estándar (de electrolito líquido o AGM), se necesita un modelo que pueda suministrar una corriente de carga de alrededor del 10 al 15% de la capacidad de la batería. Por ejemplo, para una batería de 200 Ah, se necesita un cargador de 20-30 amperios. Para una batería de litio, se puede llegar hasta la capacidad de la batería (200 amperios) y recargarla rápidamente. Sin embargo, si su cargador tiene una salida de litio, no necesitará cambiarlo, pero el tiempo de carga será mayor.
¿Cuál es su precio?
Si quiere cambiar sus baterías, hay varios criterios a tener en cuenta, no sólo el precio. Pongamos un ejemplo concreto, en un barco equipado con dos baterías AGM de 100 Ah. El precio medio de una batería AGM es de unos 350 euros, lo que supone un coste total de unos 700 euros.
Una batería de litio de 100 Ah cuesta 1.000 euros, lo que da un coste total de 2.000 euros. Sólo en términos de precio, la AGM es tres veces más barata.
En la práctica, con una batería tradicional (AGM) sólo se puede utilizar el 50% de su capacidad antes de recargarla. En cambio, con una batería de litio, se puede utilizar el 100% sin riesgo y recargarla muy rápidamente. Además, una batería de plomo-ácido está clasificada para entre 300 y 500 ciclos, mientras que una batería de litio de calidad está clasificada para más de 3.000 ciclos al 100% de descarga, 5.000 al 80% y 10.000 al 65%.
En nuestro ejemplo, las dos baterías AGM (200 Ah) sólo tienen 100 Ah disponibles (50%). En la práctica, las dos baterías AGM pueden sustituirse por una sola batería de litio de 100 Ah con la misma capacidad y una vida útil mucho más larga.
Cableado y visualización
El cableado es idéntico al de las baterías de plomo-ácido, y las dimensiones son muy parecidas. Para una AGM de 100 Ah, las dimensiones son 368 x 172 x 219 mm, y para una batería de litio 318 x 165 x 215 mm. El BMS no sólo gestiona la carga/descarga de la batería, sino que también permite ver el estado de la batería a través de Bluetooth en un teléfono o tableta mediante una aplicación gratuita. Te muestra todos los datos, como el estado de cada celda de la batería, su estado general de carga, capacidad, temperatura, etc.
Nuestro consejo
Si necesitas cambiar tu batería, es importante que sepas que los modelos abiertos (con tapones) no son recomendables. Las tecnologías cerradas con electrónica líquida, a menudo con indicador de carga, todavía tienen sus adeptos, al igual que las baterías de gel y AGM.
En el caso del litio, aunque el precio pueda parecer más elevado que el de otras tecnologías para la misma capacidad, hay que sopesarlo con la mayor vida útil, la mayor capacidad disponible y la rapidez de recarga. Si se tienen en cuenta todos estos factores, el precio resulta competitivo.
