Baterías TPPL en aplicaciones de manipulación de materiales: hoy y mañana

Al pensar en la fuerza motriz de cualquier vehículo eléctrico, inmediatamente nos vienen a la mente las baterías de litio. Sin embargo, uno de los desafíos que a veces enfrentan los fabricantes de equipos originales (OEM) al usarlas es su elevado precio. Sin embargo, en aplicaciones de manipulación de materiales, en particular en carretillas elevadoras, esto supone una desventaja, sobre todo para flotas pequeñas.

Una alternativa que sigue utilizándose en las flotas de carretillas elevadoras eléctricas es la batería de plomo puro de placa delgada (TPPL), que sigue estando entre las tecnologías de batería más avanzadas para su uso en dichos equipos.

TPPL 101

Al igual que todas las baterías de plomo-ácido, la tecnología TPPL consiste en placas de plomo suspendidas en una solución electrolítica de agua y ácido sulfúrico dentro de una carcasa. Sin embargo, las placas TPPL son especialmente delgadas, lo que permite un mayor número de placas en la batería y una mayor superficie reactiva. El resultado es una menor resistencia interna, menores pérdidas de energía, una recarga más rápida y un mayor suministro de corriente con una menor caída de tensión que una batería de plomo-ácido inundada (FLA) convencional.

Una carretilla elevadora eléctrica opera en un almacén. (Foto: alamy)

En comparación con la tecnología FLA, las baterías TPPL —que son versiones mejoradas de las baterías de fibra de vidrio absorbente (AGM) — ofrecen ventajas adicionales. Por ejemplo, al ser baterías selladas, no requieren mantenimiento regular. También se reducen las emisiones de gases. Finalmente, su ciclo de vida es más largo, especialmente cuando las baterías se someten a microciclos repetidos de descarga seguidos de carga parcial de oportunidad.

Desventajas frente al litio

Sin embargo, incluso con las mejoras más recientes, las baterías TPPL presentan desventajas en comparación con las baterías de litio . En primer lugar, las unidades TPPL presentan una densidad energética inferior. Se estima que las placas de plomo representan entre el 40 % y el 60 % del peso de la batería, lo que resulta en una menor densidad energética. Por lo tanto, para aplicaciones exigentes donde se necesita más energía para mantener operaciones de varios turnos sin problemas con un solo paquete de baterías, las baterías TPPL no pueden competir con sus contrapartes de litio.

Las baterías TPPL también experimentan una disminución drástica de su conductividad eléctrica a temperaturas extremas. La conductividad eléctrica de la solución de ácido sulfúrico disminuye drásticamente por encima de 32 °C (90 °F) y por debajo de 15 °C (60 °F). La conductividad máxima de una batería TPPL a -21 °C (-6 °F) es la mitad de la que presenta cuando la temperatura del electrolito es de 15 °C (60 °F).

Finalmente, la profundidad de descarga (DOD) ideal para una batería TPPL es de tan solo el 50 %, con una descarga máxima segura del 80 %. Esto se debe a la formación de sulfato de plomo(II) en los electrodos durante la descarga. En lugar de cristales finos y sueltos, el sulfato de plomo(II) forma una capa densa y continua de cristales grandes sobre la superficie del electrodo. Esto puede aumentar significativamente el volumen de las placas durante una descarga profunda, lo que podría provocar su deformación y destrucción.

Mejora del rendimiento de TPPL

Sin embargo, existen diversas maneras de mejorar el diseño de las baterías TPPL en el futuro para optimizar su rendimiento. Por ejemplo, se podría aumentar la capacidad eléctrica de la batería modificando el diseño de la placa del electrodo y utilizando polvos para aumentar la superficie de contacto entre el electrolito y el electrodo.

Además, el uso de materiales más ligeros puede reducir significativamente el peso de la placa y, por lo tanto, aumentar la energía específica. El titanio, por ejemplo, es 2,5 veces más ligero que el plomo y resistente a la corrosión, y se está investigando su uso en el electrodo positivo de las baterías de plomo-ácido.

El carbono también se puede utilizar como aditivo para revestimientos de placas en electrodos positivos y negativos para ayudar a prevenir la formación de sulfato de plomo (II) mientras aumenta la proporción de la masa del electrodo involucrada en las reacciones.

La principal limitación para estas tres oportunidades es el coste de producción. Añadir componentes complejos y costosos podría encarecer excesivamente los productos TPPL. Esto es preocupante, ya que se prevé que los precios de las baterías de litio disminuyan con la escala.

Perspectivas frente al litio

Por lo tanto, el futuro de las baterías de plomo en aplicaciones de manipulación de materiales está por verse. Algunas predicciones indican que perderán cuota de mercado frente a las baterías de litio. En junio de 2022, EUROBAT, la asociación europea de fabricantes de baterías para la automoción y la industria, publicó la versión 2.0 de su Hoja de Ruta de Innovación en Baterías 2030. En aquel momento, indicó que las baterías de plomo para tracción en la manipulación de materiales, como en aplicaciones de carretillas elevadoras, tenían una cuota de mercado de aproximadamente el 90 %, mientras que el litio apenas está comenzando a abrirse camino. Para 2030, las organizaciones prevén que la cuota de mercado de las baterías de iones de litio en la tracción aumentará hasta casi el 50 %.

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