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Unas baterías mejores construyen una electrónica más sostenible

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Artículo escrito por Marc Eichhorn, Product Marketing Manager Batteries de AVNET Abacus

En One Digital Day, un libro publicado por Intel en 1998 para celebrar su trigésimo aniversario, se pedía a un equipo de fotógrafos que capturara el impacto que el microprocesador estaba teniendo en la vida cotidiana. En una de las imágenes, una familia estadounidense había “vaciado” su casa de todos sus dispositivos con microprocesador y los había colocado en el jardín delantero. El efecto era llamativo: el césped se cubría de grandes equipos, como televisores, VCR y PC de sobremesa; lavadoras, robots de cocina y lavavajillas; consolas de juegos, equipos estéreo y más. En su mayoría, se trata de productos alimentados por la red.

Si hoy se repitiera este ejercicio, los fotógrafos necesitarían poner una gran ponchera en el centro para alojar ahí todos los pequeños dispositivos controlados por microprocesador que se han convertido en parte de nuestra vida cotidiana desde entonces: piense en llaveros y mandos de puertas de garaje, relojes inteligentes, teléfonos inteligentes y tabletas, audífonos y pulseras de actividad física, controles remotos y auriculares Bluetooth, localizadores de mascotas, cámaras web y sensores de seguridad, lápices ópticos para tabletas y un sinfín de dispositivos de Internet de las cosas (IoT).

Es una demostración de la forma en la que los dispositivos electrónicos están cada vez más presentes en nuestras vidas. Algunas cosas permanecen igual: aunque estos dispositivos pueden ser de menor tamaño, necesitan energía para operar. Si una de las principales habilidades de los padres de los años noventa fue poder encontrar baterías de tipo D para hacer funcionar los juguetes Tonka y poner en marcha el horno bajo demanda, en la presente década debe ser la capacidad de encontrar pilas de botón CR2032 o el cable de carga adecuado.

Los legisladores, por su parte, están trabajando en la gestión del impacto ambiental causado por el aumento en el uso de baterías primarias y recargables, con el objetivo de garantizar que tengan un papel positivo en la lucha contra el cambio climático. No sirve de nada electrificar nuestro sistema de transporte para reducir su huella de carbono si, al hacerlo se causa un problema de material de desecho que necesita mucha energía para resolverse o, peor aún, se crea una infraestructura que depende de materiales especializados cada vez más escasos. Y tampoco tiene sentido que todos nos pongamos pulseras de fitness y mejoremos nuestra salud si, al mismo tiempo, estamos “envenenando” el planeta con basura tecnológica (e-waste) mal gestionada.

La Comisión Europea desea actualizar la legislación de la Unión Europea (UE) en lo que se refiere a las baterías y sus materiales de desecho, la Directiva de Baterías de 2006, para reflejar los cambios en las condiciones socioeconómicas, las tecnologías, los mercados y los usos. Sus propuestas, publicadas en diciembre de 2020, abarcan aspectos como respaldar la sostenibilidad competitiva, impulsar la economía circular, aumentar el reciclaje y minimizar el impacto ambiental de las baterías.

baterias electronicas
Figura 1: Desmontaje realizado por iFixit del primer Apple Pencil, donde aparece su batería recargable (Fuente: iFixit)

Está claro que una de las mejores maneras de minimizar el impacto del uso de la batería es poner en práctica la manida estrategia de «reducir, reutilizar y reciclar» en nuestros productos electrónicos. En los más de veinte años que han transcurrido desde One Digital Day, la huella de carbono de muchos equipos domésticos e industriales ya ha disminuido al utilizar menos material y energía para alcanzar la misma o mejor funcionalidad. La propuesta de la UE también incluye recomendaciones sobre la reutilización al, por ejemplo, afirmar que las baterías de los vehículos eléctricos (VE) deberían tener una segunda vida en las granjas de almacenamiento de la red. Además, sugiere nuevos objetivos para el reciclaje de materiales de baterías y baterías completas.

Aunque estas iniciativas de gran envergadura sólo pueden ser impulsadas realmente por los organismos públicos y las industrias, los diseñadores individuales pueden contribuir al utilizar baterías recargables en lugar de celdas primarias, incluso en los dispositivos de menor tamaño.

El uso de las recargables debería reducir el coste total de propiedad al sustituir la tarea de cambiar las celdas primarias por la de enchufar un cargador. También debería permitir que el dispositivo sea más fiable al permitir que se selle aparte del puerto de carga o por completo si se carga por inducción.

Aunque resulta fácil obtener una pila AA o AAA recargable con buenas características de descarga y un alto número de ciclos, puede ser menos obvio dónde encontrar celdas pequeñas con características similares que tengan el tamaño adecuado para integrarse en auriculares, dispositivos IoT y otros productos pequeños.

Nichicon ha introducido la serie SLB de baterías recargables de iones de litio (Li-Ion) pequeñas para responder a esta demanda. Los nuevos modelos ofrecen un balance de alta densidad de energía y características de carga y descarga rápida que es difícil de observar en otras tecnologías, como las baterías recargables Li-Ion estándares o los supercondensadores.

Las baterías SLB tienen una densidad de energía cincuenta veces superior, sufren menos corrientes de fuga y pueden descargarse durante períodos de tiempo más largos en comparación con los supercondensadores. Con respecto a las baterías recargables Li-Ion estándares, las celdas SLB se pueden cargar y descargar de una manera más rápida y segura. Esta combinación de características dota a los diseñadores de una alternativa atractiva a las tecnologías de batería o supercondensadores existentes, los cuales sólo pueden ofrecer una de estas características por separado.

Núm Parámetro de prueba Estándar de referencia Detalles de la prueba Criterios de juicio

Prueba de seguridad
1 Aplastante JIS C 8712 Después de la carga completa, se usa un indentador semicircular (10 mm) para colocar el eje vertical de una batería cilíndrica, aplastándola al 50 % de su altura antes de la prueba. No
explota ni se incendia
No
explota ni se incendia
2 Penetración de uñas Normas y directrices de evaluación de seguridad de la Asociación de Baterías de Japón Después de la carga completa, un clavo de cp 3,0 mm se insertó verticalmente en el centro de la batería a una velocidad de 5,5 mm/s, perforando la batería. No
explota ni se incendia
No
explota ni se incendia
3 Desafilado prueba de uñas UL Se aplica presión a un clavo desafilado que se acerca a una batería completamente cargada a una velocidad de 0,1 mm/s. Se considera que se produce un cortocircuito si el voltaje de la batería cae 0,5 V o más y se detiene el descenso del clavo. No
explota ni se incendia
No
explota ni se incendia
4 Cortocircuito exterior JIS C 8712 El cátodo y el ánodo de una batería están conectados a una resistencia externa de aproximadamente 1 mQ, lo que provoca un cortocircuito. No
explota ni se incendia
No
explota ni se incendia
5 Sobrecargar JIS C 8712 Con una batería que se pueda usar a 10 V o más, cargue desde un estado descargado al 10 (o 2-100) al 250 % de la capacidad nominal de la batería. No
explota ni se incendia
No
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6 Descarga forzada JIS C 8712 Realice una carga inversa de una batería desde su estado descargado (SOC de 0%) durante 90 minutos a las 10. No
explota ni
se incendia
No
explota ni
se incendia

Tabla 1: Algunas de las pruebas de seguridad que ha superado la serie SLB (Fuente: Nichicon)

Estas baterías han sido diseñadas para soportar hasta 20.000 ciclos de carga/descarga a 10 °C y continuarán trabajando desde -30 ℃. Todo es consecuencia de sus buenas características de fiabilidad y seguridad. Nichicon afirma que la serie SLB ha superado estrictas pruebas de aplastamiento, perforación, cortocircuito, sobrecarga y descarga (rápida), sin efectos adversos.

Las baterías SLB también han pasado exitosamente las pruebas establecidas por la Organización de las Naciones Unidas (ONU) para garantizar que son seguras para exportar al extranjero.

Estas celdas recargables se pueden sustituir por energía cableada o celdas primarias en muchas aplicaciones actuales. Sin embargo, su pequeño tamaño, alta capacidad, carga/descarga útil y buena retención de energía ayuda también a crear grandes oportunidades a los diseñadores a la hora de construir nuevos tipos de productos.

Por ejemplo, los ecosistemas IoT confían en la distribución de muchas cosas (Things) en una amplia variedad de entornos arbitrarios. Muchas compañías ahora producen tarjetas pequeñas que portan múltiples sensores ambientales, con capacidad de medir características como temperatura, humedad, presión de aire, niveles de luz ambiental e incluso calidad del aire, en una unidad. Estas tarjetas se encuentran equipadas con conectividad Bluetooth Low Energy (LE), por lo que pueden convertirse en parte de una red mallada (mesh), sobre la que pueden reportar sus datos ambientales.

Todo esto se suma a una nueva forma fácil de rastrear los datos ambientales – hasta que llegue el momento de enviar a alguien a buscar todas las “cosas” y cambiar sus pilas. Algunos fabricantes están respondiendo a este aspecto a través del diseño de tarjetas para una operación de ultrabajo consumo, que se pueden alimentar mediante un panel fotovoltaico que carga una batería secundaria pequeña, como la Nichicon SLB.

También se están volviendo prácticas otras técnicas para crear las baterías “para siempre”, que obtienen energía del ambiente y la almacenan en baterías recargables. Existen sistemas que, pudiendo “cosechar” la energía de las vibraciones, se están empleando para alimentar sistemas de monitorización en maquinaria giratoria, como motores y generadores de gran tamaño.

También hay esquemas para captar energía de las señales de radio. Una compañía llamada Atmosic Technologies considera que la combinación de su implementación de radio Bluetooth LE de muy baja potencia y los circuitos integrados de cosecha de energía, que acumulan energía de las señales Bluetooth en las baterías recargables, resulta suficiente para posibilitar las comunicaciones infrecuentes sin necesidad de alimentación externa.

El sexagésimo aniversario de Intel está a sólo seis años. Si volviera a llevar a cabo su proyecto One Digital Day en 2028 para esa ocasión, podemos apostar a que, una vez más, habría un gran número de objetos familiares – televisores, lavadoras y consolas de juegos, entre otros – en ese jardín. Otra apuesta segura sería afirmar que la cantidad y diversidad de dispositivos pequeños reunidos aumentará drásticamente. Habría muchos más monitores personales (PHM), sensores ambientales, pantallas portátiles, sistemas de seguridad para el hogar, dispositivos wearables y nodos de IoT, y todos ellos necesitan alguna fuente de alimentación para cumplir su función.

Obtenga más información de cómo la gama SLB de Nichicon de celdas recargables pequeñas de iones de litio de alto rendimiento puede proporcionar esa energía o, si desea compartir sus requisitos de aplicación con uno de nuestros ingenieros – FAE, póngase en contacto con nosotros en su mismo idioma.