Pilas para el siglo XXI

Esta es actualmente la mejor fuente de energía para los potentes faros LED modernos y no hay razón para utilizar otro tipo de batería hoy en día. La NASA las utiliza en los satélites y las empresas automovilísticas en los coches eléctricos por sus claras ventajas: alta capacidad, bajo peso y fiabilidad.

Las baterías de iones de litio tienen la mejor relación entre capacidad y peso (volumen). Están probadas para uso industrial y son seguras. Las celdas son ligeras y almacenan una gran cantidad de energía. Se fabrican únicamente recargables, por lo que no contaminan el medio ambiente como las pilas desechables. Te durarán muchos años sin complicaciones y si las cuidas de la forma adecuada, ni siquiera experimentarás una disminución de su capacidad con el paso de los años. Son realmente fiables, si las cargas siempre suministrarán energía.

Las baterías de iones de litio (Li-ion) son casi exclusivamente baterías cilíndricas (cilíndricas) con un voltaje de carga de 4,2 V y una vida útil de 500-1500 ciclos completos. Existen diferentes tamaños, pero el tipo más utilizado es el 18650, una celda cilíndrica con un diámetro de 18 mm y una longitud de 65 mm. Más recientemente, los coches eléctricos tiran hacia adelante con el tipo 21700.

Parámetros técnicos de las baterías 18650 actuales

Todas las baterías Li-ion estándar se cargan mediante el algoritmo CC/CV hasta una tensión final de 4,2V. El voltaje medio, nominal, es de 3,6V (o 3,7V). Normalmente las baterías se pueden descargar hasta 2,5V, antes sólo llegaban hasta 2,8V. Un voltaje inferior es peligroso, puede destruir la célula. La resistencia interna oscila entre 20 y 80 miliohmios según la marca y el tipo (baja o alta corriente).

La capacidad máxima de corriente es de unos 3450mAh con una energía almacenada de no más de 12,4Wh. A mayores consumos, la energía almacenada (y la capacidad) disminuye un poco.

La batería normalmente permite un consumo de corriente máximo (Corriente Continua de Descarga Máxima) de 3-10A, las baterías de alta corriente usadas en herramientas hasta 30A.

La batería proporcionará 500-1000 ciclos completos antes de que la capacidad caiga al 70-80% del valor original. Se puede prolongar la vida útil (o ralentizar el envejecimiento) mediante una corriente de carga suave (por ejemplo, C/5), un almacenamiento prolongado en un estado parcialmente cargado (3,93 V = 70%) y un uso sólo por encima de 0 °C. Puede obtener más información sobre la prolongación de la vida útil aquí: www.luciferlights.net/li-ion-starnuti

Las pilas funcionan incluso en condiciones de frío extremo -por ejemplo, a -20 °C-, pero este uso las destruirá irreversible y gradualmente. Puede obtener más información sobre su uso a temperaturas bajo cero aquí: www.luciferlights.net/li-ion-v-mrazu

Elestado decarga de la batería puede medirse con un voltímetro, la tensión de la célula da una indicación bastante precisa del estado de carga. El estado de carga puede variar ligeramente según el fabricante y la designación de la batería. En general, la siguiente tabla indica el estado de carga:

Ventajas y desventajas de las pilas Li-ion frente a las pilas convencionales

En comparación con las pilas AA y AAA (NiMh, NiCd, etc.) tienen muchas ventajas. Las pilas duran más (normalmente muchos años), tienen menor resistencia interna y están fabricadas para grandes consumos de corriente. Su capacidad no disminuye significativamente con cargas elevadas. Las baterías de iones de litio no necesitan ser formateadas de ninguna manera antes de su primer uso, puede utilizarlas en cualquier momento, en cualquier estado de carga.

Las baterías de iones de litio tienen una autodescarga muy baja, pueden estar en reposo durante meses y su estado de carga no cambiará mucho.

Las baterías de iones de litio (tamaño 18650, 21700) ofrecen actualmente las mayores relaciones capacidad-peso y capacidad-volumen. Las baterías de NiMh son significativamente peores (casi diría "órdenes de magnitud"), así que por la misma energía almacenada hay que cargar con un peso y un número de baterías notablemente mayores.

Si hay algún inconveniente, es que desde luego no se pueden comprar en ningún lugar del mundo. Otra desventaja puede ser que es poco probable que tu cargador actual pueda cargar estas baterías, o que la mochila batería se cargará sola con su propio cargador de red a través de un cable. La última desventaja es el mayor peligro de cortocircuitar intencionadamente o dañar mecánicamente la batería. Sin embargo, esto nunca ocurrirá con un uso normal y las celdas de calidad son muy seguras.

También es adecuada para viajes largos y expediciones

A menudo nos contactan personas con la petición de elegir un faro para una expedición y el requisito de que funcione con pilas AA clásicas. El argumento es que se pueden comprar en todas partes.

En realidad, las li-ion son perfectamente utilizables para las personas que se alejan de la civilización durante 2-3 semanas. La gran capacidad en un peso reducido y la alta eficacia de nuestras linternas frontales hacen que, si eres económico con la linterna, te durará absolutamente más que cualquier otra linterna frontal con pilas AA. Un ejemplo es la linterna frontal Lucifer M, que en su modo más bajo brilla con 25 lúmenes y dura 180 h con una sola batería. El brillo de 25 lúmenes es a menudo el máximo de las linternas frontales de plástico ordinarias, se puede caminar cómodamente por la noche con tal brillo. Las 180h deberían durar de 2 a 3 semanas, o con una batería de repuesto puedes alcanzar las 360h, es decir, ¡15 días de resplandor continuo o 30 días de resplandor toda la noche!

Li-ion con y sin protección

Las baterías protegidas tienen protección contra subdescarga, sobredescarga y cortocircuito. Siempre se fabrican a partir de celdas no protegidas añadiéndoles un circuito de protección. Por eso son ligeramente más largas (2-4 mm) y gruesas (0,5 - 1 mm). Las pilas protegidas suelen utilizarse como recambiables, es decir, el usuario puede manipularlas, cargarlas en un cargador de eje externo y, al igual que otras pilas comunes, insertarlas en la carcasa de la linterna. Las baterías protegidas son ofrecidas por muchos fabricantes diferentes, la calidad de la batería resultante depende de la calidad de la célula original y de la calidad del circuito de protección (por ejemplo, cuán alta es la resistencia adicional de la protección).

Las baterías sin protección suelen conectarse en paralelo o en serie por punteo, y luego se añade un circuito de protección encima, común a toda la batería. A continuación, el pack de baterías se carga mediante un cable y las baterías no pueden desmontarse en celdas individuales de ninguna manera. Se trata de un esquema de paquete de baterías común para faros de alta potencia, ya que con cargas más elevadas es necesario poner las baterías en serie, por ejemplo 2S. De este modo se consigue un voltaje más alto y la corriente a través del cableado se reduce a la mitad.

¡Cuidado con las omnipresentes falsificaciones!

Es habitual que los fabricantes chinos exageren la capacidad de las baterías. Sepa que las baterías li-ion de calidad proceden estricta y exclusivamente de Panasonic (Sanyo), Samsung, LG y Sony. Sólo estos 4 fabricantes pueden producir células de iones de litio sin protección con la mejor capacidad del mundo. Esto último significa actualmente (marzo de 2020) los parámetros:

• 258,3 Wh/kg a 0,5A de descarga
• 749,7 Wh/l a 0,5A de descarga

Estos parámetros, muy similares, son alcanzados por las baterías 18650 Samsung INR18650-35E, Panasonic NCR18650B, Panasonic NCR18650GA, Sony US18650VC7 y LG MJ1 18650. ¡Realmente ningún otro fabricante se les acerca en capacidad!

Las baterías de tamaño 21700 y 20700 que proliferaron principalmente debido a la electro-automovilidad (Tesla) aún hoy en día no ofrecen una mejor relación peso/capacidad que el estándar 18650, pero están cerca. Por ejemplo, LG 21700 M50 5000mAh y Samsung INR21700-50E 5000mAh.

La evolución de la tecnología Li-ion y las previsiones para el futuro

La tecnología Li-ion se originó en los años ochenta y noventa. Por ejemplo, en 1994 existían pilas 18650 con un precio elevado y una capacidad de sólo 1100mAh. Desde el año 2000, la tecnología Li-ion ha experimentado un rápido desarrollo y un aumento regular y significativo de la capacidad. Poco a poco, se ha establecido el estándar de tamaño de celda cilíndrica 18650 (18 mm de diámetro, 65 mm de longitud), y las pilas se han hecho un hueco en las baterías de los portátiles. En los últimos años, el desarrollo se ha ralentizado hasta casi detenerse en el umbral de capacidad de 3400-3500mAh.

Sólo en los últimos años han surgido otras aplicaciones significativas del li-ion. Gracias a su capacidad suficiente, se han extendido masivamente a la movilidad eléctrica (coches eléctricos, patinetes eléctricos, bicicletas eléctricas, etc.) y a las herramientas eléctricas portátiles. Hace tiempo que se utilizan en faros, pero son un sector minoritario del total de células producidas.

En la actualidad, el desarrollo de las baterías de iones de litio ha chocado con barreras físicas que impiden seguir aumentando su capacidad y muchos investigadores trabajan en la próxima generación de baterías de iones de litio. El desarrollo de las llamadas baterías de "estado sólido", es decir, baterías sin electrolito líquido y baterías con electrodos de grafeno, parece muy prometedor. Hoy en día (marzo de 2020) no existen baterías de este tipo. Pero es realista pensar que podrían aparecer en un plazo de 3 a 5 años. Los investigadores predicen que entonces la capacidad podría aumentar hasta 1/3. Yo sería más prudente y pesimista en todas las estimaciones en las que se utiliza la palabra "hasta".

Otras fuentes de información

https://batteryuniversity.com/learn/ - una enorme fuente de información sobre las baterías de iones de litio
https://lygte-info.dk/info/indexBatteriesAndChargers%20UK.html - mediciones exhaustivas de la capacidad de todas las baterías de iones de litio posibles