Las baterías estacionarias son pilares esenciales en aplicaciones críticas como sistemas de respaldo en hospitales, centros de datos, subestaciones eléctricas y almacenamiento de energía renovable. No obstante, su rendimiento a largo plazo puede verse comprometido por dos amenazas clave: la corrosión de componentes y los riesgos de seguridad térmica.
La corrosión puede afectar desde las placas internas hasta los terminales, reduciendo la eficiencia y causando fallas prematuras. Por su parte, el sobrecalentamiento y las fugas térmicas representan riesgos de incendio o explosiones, especialmente en baterías estacionarias de ion-litio. Este artículo ofrece una mirada integral a los mecanismos que originan estos fenómenos y las innovaciones científicas y tecnológicas que permiten mitigarlos.
¿Qué es una batería estacionaria y cómo funciona?
Las baterías estacionarias están diseñadas para suministrar una corriente constante durante un período prolongado y soportar ciclos profundos de descarga sin comprometer su vida útil. Estas baterías pueden descargarse casi por completo repetidas veces, lo que las hace ideales para aplicaciones de respaldo o suministro continuo de energía.
Estas baterías utilizan placas de plomo más gruesas, permitiendo un mayor número de ciclos de carga y descarga. Su construcción robusta las hace especialmente adecuadas para aplicaciones donde se requiere confiabilidad y durabilidad energética. Se emplean en sistemas de telecomunicaciones, plantas fotovoltaicas y eólicas, alumbrado público y privado, centros de datos, sistemas de respaldo (nobreaks), monitoreo remoto, seguridad electrónica, cajeros automáticos, y centrales telefónicas. Proveen una fuente de energía constante y segura en entornos donde la continuidad operativa es esencial.
Modo de operación y rendimiento
Las baterías Estacionarias están equipadas con filtros que permiten la liberación de hidrógeno, pero bloquean vapores ácidos, haciendo posible su uso en entornos compartidos con personas, siempre que exista una ventilación mínima adecuada. Los electrodos son de plomo con un grado de pureza superior al 95%, lo que contribuye a una mayor estabilidad electroquímica.
Pueden descargarse hasta un 80% sin dañar su rendimiento ni acortar su vida útil. Además, requieren mantener una temperatura de operación ideal de 25 °C, por lo que es común que se instalen en salas climatizadas o integradas a sistemas de aire acondicionado.
Tipos de baterías estacionarias y sus vulnerabilidades
Las baterías estacionarias se presentan en diferentes tecnologías que ofrecen características particulares en cuanto a rendimiento, durabilidad, mantenimiento y riesgos asociados. A continuación, se detallan los tipos más comunes y sus respectivas vulnerabilidades operativas y ambientales:
- Las baterías de plomo-ácido: Entre los modelos más importantes se incluyen los tipos VRLA (Valve Regulated Lead Acid), AGM (Absorbent Glass Mat) y Gel, Estas baterías, comunes en aplicaciones industriales, son vulnerables a la sulfatación y la corrosión de rejillas, que debilitan la estructura interna. La acumulación de gas hidrógeno, si no es ventilada adecuadamente, puede incrementar la temperatura interna. En la siguiente imagen figura 1, se aprecain los modelos de este tipo de bateria.
- Las baterías de ion-litio: Poseen una alta densidad energética, mayor eficiencia de carga y ciclos de vida más prolongados. Son preferidas en aplicaciones modernas como almacenamiento solar, telecomunicaciones y centros de datos. No obstante, presentan riesgos térmicos considerables, como las fugas térmicas (thermal runaway), la formación de dendritas metálicas que perforan el separador interno, la degradación del electrolito a altas temperaturas, estos eventos pueden desencadenar reacciones exotérmicas no controladas.
- Baterías de flujo redox y de sodio-azufre: Representan la nueva tecnologías de baterías de estado sólido y de sodio-azufre, presentan alternativas con menor riesgo de corrosión interna y mejor estabilidad térmica, aunque su implementación a gran escala aún está en desarrollo.
Mecanismos de corrosión en celdas y componentes
La corrosión electroquímica ocurre en terminales, placas, conectores y sistemas de distribución de corriente. Las condiciones como humedad elevada, atmósferas salinas o gases ácidos agravan la oxidación de metales1.
- Corrosión interna: suele presentarse en terminales y placas positivas, especialmente bajo condiciones de sobrecarga.
- Corrosión galvánica: aparece por contacto entre metales disímiles, generando celdas electroquímicas locales.
- Corrientes de fuga: en sistemas de baja aislación, provocan deterioro acelerado en componentes conductores.
En una batería, la corrosión ocurre debido a la disolución/pasivación de los materiales activos de los electrodos y a la disolución/oxidación/pasivación de los colectores de corriente. Por ejemplo, la corrosión en baterías de plomo-ácido ocurre principalmente en la rejilla de las placas, y se manifiesta como un «ablandamiento y desprendimiento» del plomo. Este fenómeno es consecuencia directa de las condiciones químicas del entorno interno de la batería, donde los electrodos están en constante reacción.
La Figura 2, muestra el aspecto interno de una batería de plomo-ácido afectada por corrosión, donde puede observarse el deterioro progresivo de las rejillas.
Caso real: Mitigación de corrosión en baterías VRLA en ambiente costero
Un estudio publicado en 2024 por IEEE analizó la degradación prematura de baterías de plomo-ácido inundadas (flooded lead-acid) instaladas en un centro de datos ubicado en una zona costera. Las fallas frecuentes fueron atribuidas a la corrosión acelerada provocada por la exposición constante a niebla salina y condiciones cíclicas de alta humedad. Esta combinación deterioró rápidamente terminales y rejillas internas, comprometiendo la conductividad del sistema2.
Como respuesta, se implementaron recubrimientos anticorrosivos específicos y un sistema de control ambiental con ventilación regulada y monitoreo de variables críticas como pH y resistencia interna. Estas medidas permitieron reducir los eventos de falla en un 60% durante los 12 meses posteriores a la intervención, validando la efectividad de un enfoque proactivo en entornos altamente agresivos.
Seguridad térmica: Causas, efectos y prevención
La seguridad térmica en baterías estacionarias es un aspecto crítico para su operación confiable y segura, especialmente en entornos industriales o de misión crítica. Los eventos térmicos pueden originarse por múltiples factores interrelacionados que, de no ser gestionados adecuadamente, conducen a reacciones exotermicas no controladas.
Una causa frecuente es la sobrecarga eléctrica o la configuración errónea del sistema de carga, lo que provoca acumulación excesiva de energía y generación de calor interno. Esta situación puede deteriorar los materiales activos y desencadenar procesos de degradación acelerada.
Otro factor es la degradación del electrolito, que se ve intensificada por temperaturas elevadas. A medida que el electrolito pierde estabilidad química, se incrementa la resistencia interna de la celda, se reducen los ciclos de vida y se favorecen reacciones parasitarias que liberan calor.
El fenómeno más crítico es la fuga térmica o thermal runaway, una reacción exotérmica autoacelerada en la que el calor generado por la celda no puede disiparse a tiempo. Esto eleva aún más la temperatura, causando una cadena de reacciones que pueden resultar en incendio o explosión, particularmente en baterías de ion-litio.
Prevención de fallas contra la corrosión y riesgos térmicos
La fiabilidad de las baterías estacionarias depende en gran medida de la capacidad para anticipar, detectar y mitigar los mecanismos que generan tanto corrosión como eventos térmicos; de allí la importancia del desarrollado nuevos enfoques tecnológicos y normativos que actúan de forma complementaria3.
Para la prevención de la corrosión, es significativo considerar en el diseño de las baterías estacionarias el uso de aleaciones avanzadas, como las rejillas de plomo-calcio-estaño, que ofrecen mayor resistencia frente a la oxidación en comparación con las tradicionales de plomo-antimonio. Asimismo, los recubrimientos protectores, como pinturas conductivas y recubrimientos epóxidos aplicados en terminales, prolongan la vida útil de los componentes metálicos expuestos.
La incorporación de sensores integrados permite monitorear en tiempo real variables críticas como temperatura, humedad, presencia de sulfatos y potencial electroquímico, lo que fortalece las estrategias de mantenimiento preventivo. Sumado al uso de módulos inteligentes, que incluyen chips de diagnóstico y memoria para registrar eventos críticos y facilitar la trazabilidad de fallos.
En paralelo, la prevención de fallas térmicas en sistemas de energía se basa en el empleo de sistemas de gestión térmica (BMS) capaces de regular la temperatura mediante algoritmos adaptativos que ajustan la carga según las condiciones ambientales. A esto se suman materiales con alta conductividad térmica, sistemas de refrigeración líquida y dispositivos de corte por sobretemperatura. La ventilación adecuada y el diseño térmico eficiente del gabinete son esenciales para disipar el calor de forma controlada.
La implementación de normativas técnicas internacionales como UL 9540A e IEC 62619 garantiza que los sistemas cumplan con estrictos estándares de seguridad, particularmente en lo que respecta a la propagación térmica y la integridad estructural de las baterías.
Finalmente, el mantenimiento predictivo de baterías basado en datos es una herramienta clave que combina monitoreo remoto mediante tecnologías IoT, análisis de impedancia electroquímica (EIS), modelos de predicción con inteligencia artificial y el uso de gemelos digitales que simulan el comportamiento de las baterías estacionarias en distintos escenarios de operación.
Esta convergencia de innovación en materiales, gestión inteligente y normativas avanzadas permite evitar fallos, y extender de manera significativa la vida útil operativa de los sistemas de almacenamiento energético estacionario.
Conclusión
La fiabilidad de las baterías estacionarias está directamente ligada a la comprensión y control de los procesos de corrosión y los riesgos térmicos. Los avances en materiales resistentes, diseño inteligente y monitoreo predictivo están redefiniendo los estándares de seguridad y durabilidad en el sector. La adopción de estas innovaciones, junto a un enfoque normativo y preventivo, es clave para garantizar un almacenamiento energético eficiente y seguro en escenarios críticos.
Referencias
- Wang, Y.-Y., & Zhang, X.-Q. (2022). Mechanism, quantitative characterization, and inhibition of corrosion in lithium batteries. Nano Research Energy, 2(1). https://doi.org/10.26599/NRE.2023.9120046
- Hildebrand, S., Eddarir, A., & Lebedeva, N. (2024). Overview of battery safety tests in standards for stationary battery energy storage systems. IEEE.
- Coughlin, M., Jones, D., Sagar, M., Cassani, L., & Willoughby, P. (s.f.). How battery technology will address the power demands of the changing data center landscape. EnerSys. Recuperado de https://www.enersys.com
