Las baterías son el talón de Aquiles de la tecnología. La capacidad de este componente está limitada por condicionantes que, esencialmente, no han cambiado en décadas. De hecho, han permanecido invariables desde la introducción de las baterías de iones de litio (LiIon), que sustituyeron ─al menos en los dispositivos de la electrónica de consumo─ a las baterías de níquel cadmio (NiCd) y las de níquel metalhidruro (NiMH). Otro tipo de acumulador químico de energía común en nuestro día a día es el de plomo y ácido, que se emplea en las baterías de los coches.
Riesgo de explosión y capacidad de carga
La característica principal que restringe la capacidad de las baterías es su carácter químico. En el interior de los depósitos de electricidad de los smartphones, hallamos electrolitos, que se comportan como una especie de salto de agua. Cuando la batería está cargada por completo, el (electrolito) «superior» está lleno de electrones y el «inferior», vacío. La energía se genera cuando los electrones «caen» desde el superior al inferior.
En un salto de agua tendríamos una turbina para generar la corriente. En las baterías, son directamente los electrones los que atraviesan los circuitos del smartphone mientras «caen» desde un electrolito al otro.
Estos electrolitos están formados por compuestos de tipo gel o incluso líquido hasta cierto punto. En el proceso de carga, hay que proporcionar energía externa para «subir» los electrones de nuevo hasta el electrolito superior. Recientemente, se ha conseguido introducir electrolitos sólidos en las baterías, lo cual reduce el riesgo de fugas de estos compuestos químicos y de explosiones.
Una batería es una fuente de energía concentrada y, si se libera de golpe, explota. Es lo que sucede en los coches eléctricos en caso de un accidente: la colisión hace que los electrolitos de las baterías entren en contacto directo, lo que produce que la energía se escape bruscamente. En el caso de los Note 7 de Samsung, tenían una batería donde los electrodos estaban muy próximos e, incluso en caso de que el móvil se flexionara, se podía dar la circunstancia de que los electrodos (los contactos positivo y negativo) se «cortocircuitaran», con la consiguiente explosión.
Otro condicionante es la densidad de energía que caracteriza a este tipo de baterías. La densidad de energía da una idea de cuánta energía pueden almacenar por unidad de volumen. En la tecnología de iones de litio, la densidad de energía es de entre 100 y 265 Wh/Kg, o dicho de otra manera, vatios-hora por Kg. Los Wh o vatios-hora son una medida de energía. Para que te hagas una idea, el diésel tiene una densidad energética de 11.700 Wh/Kg.
El llamado “efecto memoria” no es un problema realmente con la tecnología de iones de litio. Ese efecto consistía en la progresiva pérdida de capacidad de las baterías si no se descargaban completamente. Si, por ejemplo, empezábamos a cargar cuando teníamos un 30% de carga, la batería se pensaba que el nivel “cero” era el 30%, con lo que solo podíamos cargar un 70% del total de la capacidad nominal.
No hay otra: tenemos que cargar el móvil
La cantidad de energía que tenemos en nuestro smartphone no va a ser, por ahora, nada del otro mundo. Los fabricantes han conseguido usar baterías con capacidades más altas a medida que se miniaturizan algunos componentes internos o se eliminan, como sucede en algunos casos con el jack de audio, lo cual permite que aguantemos más de un día sin demasiados problemas en un uso normal del terminal.
La eliminación de componentes o su miniaturización alarga la duración de las baterías
Para que entiendas un poco el porqué, haremos unos pequeños cálculos. Por ejemplo, el Honor 8X es uno de los terminales con mayor capacidad de su categoría. Concretamente, tiene una batería de 3.750 mAh. Para pasar de mAh (otra medida de energía en forma de miliamperios-hora) a WH, multiplicamos esta cifra por el voltaje de la batería, que es de 3,82 V. Así, obtenemos 14,33 Wh para la batería del Honor 8X.
A partir de ciertos experimentos, tenemos datos orientativos sobre el consumo de diferentes componentes de un móvil, tales como la pantalla, que puede consumir por sí sola más de 1 W. Según esto, con la pantalla “a tope” de brillo, podríamos tener una autonomía de unas 14 horas,sin hacer nada más. Si tenemos un acumulador de 14 Wh y la potencia demandada por la pantalla es de 1 W, podremos usarla 14 horas. Si la pantalla consume 0,5W, podremos usarla 28 horas.
Tareas como ver vídeos en YouTube con un brillo medio pueden consumir 0,8 W, aunque usar la red móvil para hacer streaming de vídeo puede llegar a consumir varios vatios. El procesador, a máximo apogeo, es capaz de requerir 2 o 3 vatios; por fortuna, la mayor parte del tiempo está “descansando”. Es como en los coches: cuando aceleras en un semáforo, el consumo puede ser de más de 20 litros a los 100, pero la media acaba siendo de entre 4 y 6 litros a los 100.
Así pues, por mucho que tengamos baterías tan grandes como la de un Honor 8X, será preciso cargar el móvil con frecuencia.
Del cargador al teléfono
El proceso de carga requiere entregar energía a la batería para hacer que los electrones “se recoloquen” en el electrolito correspondiente al estado de “llenado”. De este modo, será posible que vuelvan a circular hacia el otro electrolito cuando el smartphone esté funcionando, generando la corriente eléctrica necesaria para que los circuitos electrónicos operen con normalidad.
Este “chute” de energía está a cargo de la fuente de alimentación que viene con el terminal y tiene lugar de un modo más complejo de lo que podíamos pensar en un principio. No se trata de hacer llegar los vatios a la batería de cualquier manera. De hecho, los fabricantes introducen sistemas de control muy precisos para el proceso de carga,para que los electrones se coloquen en su lugar de forma ordenada, eficiente y segura.
La nanotecnología y otras disciplinas han ayudado a acelerar el proceso de carga
Las baterías han mejorado mucho en estos últimos años en el capítulo de la velocidad de carga. La composición de los electrolitos se ha optimizado mediante la aplicación de métodos provenientes de disciplinas como la nanotecnología, por lo que admiten una mayor velocidad en el flujo de electrones reduciendo el impacto de efectos colaterales como el aumento de temperatura o la sobrecarga.
La alimentación de un móvil se caracteriza por el voltaje y los amperios que el cargador entrega al dispositivo. Este dato está impreso en los transformadores, con letra pequeña, pero está. El valor habitual es 5 V / 2 A, esto es, 5 voltios y 2 amperios. Si recordamos la fórmula para convertir estos datos en energía, tenemos que en este caso un cargador estaría entregando 10 W al móvil. En una hora, tendríamos una energía entregada de 10 Wh.
Para una batería de 14 Wh, como la del Honor 8X, necesitaríamos, idealmente una hora y media para cargarla totalmente. Eso, en condiciones ideales. En la práctica, el proceso es más lento, pero ligado directamente a los valores de voltaje y corriente.
Este tipo de carga es el estándar, pero podemos encontrar otras combinaciones de voltaje y corriente, de hasta 10 V y 4 A, que resulta en nada menos que 40 W. Es el caso de la SuperCharge de Huawei en los nuevos Mate 20. Según esto, una batería de 14 Wh, se cargaría en unos 20 minutos (idealmente).
Cómo se controla el proceso
En la práctica, la energía que llega a la batería está controlada por la electrónica del smartphone. Es más, en los sistemas de carga rápida, es el procesador del terminal el que regula el proceso para evitar problemas tales como calentamientos o incluso que la batería se sobrecargue. Así, cuando esta se encuentra vacía, es posible entregar electrones en mayor cantidad y más velocidad. Se podría decir que hay “más espacio libre” donde ubicarlos. A medida que se llena, es más difícil que los electrones encuentren hueco y hay que “esperar” a que vuelva a haberlo.
En consecuencia, los sistemas de carga rápida de hoy en día están coreografiados al milímetro para que el proceso fluya con prisa, pero con pausas. Durante su desarrollo, los cargadores cambian las combinaciones de voltajes y amperios para adaptarlos a un ritmo más o menos lento.
En la gráfica de un proceso de carga rápida SuperCharge de Huawei que tenemos arriba, se ve cómo se alternan momentos de “chutes” con momentos más pausados y cómo, a medida que la batería se llena, se ralentiza el proceso. Es interesante también observar cómo va aumentando la temperatura del acumulador.
La línea morada es la que indica cuánta energía se da desde el cargador. La verde representa el nivel de carga y la azul muestra la temperatura. Como se puede ver, al llegar al 90%, se ralentiza el proceso de carga rápida. El periodo de tiempo mostrado es de dos horas.
En el caso de terminales como el Honor 8X, el proceso de carga es más lento. Sin embargo, consigue tener un porcentaje significativo de energía recuperada en un periodo de tiempo razonablemente corto. La gráfica de abajo muestra el proceso de carga de un Honor 8X. El tiempo mostrado es de una hora. Es decir, vemos cómo pasa del 40% al 90% en unos 55 minutos.
En cualquier caso, los terminales de hoy son capaces de “hablar” con los cargadores para indicarles qué cantidad de energía tienen que entregarles. Es por eso que no siempre un cargador de un fabricante se entiende con el de otro, especialmente cuando se trata de modos de carga rápida.
Inducción: energía sin cables
Otro sistema de carga que podemos encontrar en algunos terminales es el de carga inalámbrica. En este caso, la energía se entrega a través de sistemas de inducción. En la base de carga y en la parte trasera del terminal hay una serie de espirales. En la de la base, circulan corrientes oscilantes que generan un campo electromagnético. Al entrar la espiral del dispositivo dentro del radio de acción de este campo, se genera un flujo de electrones que permite alimentar al smartphone.
El estándar de facto para esta modalidad de carga es el llamado “Qi”. Y permite entregar hasta 15 W. Según eso, sobre el papel una batería de 14 Wh se cargaría en una hora.
Con todo, no se entrega la misma cantidad de vatios en todo momento. Y si estamos usando el terminal mientras lo cargamos, parte de la energía se destinará a las aplicaciones que estemos ejecutando. En este caso, se necesita que la parte trasera de los terminales no sea metálica en la zona donde se halla la espiral.
Powerbanks, algunos ya son rápidos
Los powerbanks empleados para cargar el terminal cuando no tenemos enchufes, suelen entregar una cantidad de energía moderada. En concreto, tenemos unos valores típicos de 5 V y 1 A para la salida, o 5 V y 2 A. En el primer valor, estamos ante carga lenta. Bastante lenta. Aun así, empieza a haber modelos que ofrecen carga rápida gracias al uso de baterías de mayor calidad.
Si se trata de un powerbank, hay que tener en cuenta que la capacidad nominal es menor que la que realmente tenemos en la práctica. El motivo está en que la salida de las baterías es de 5 V, mientras que las baterías de los smartphones trabajan a unos 3,8V. Debido a ello, tendremos que descontar aproximadamente un 15% de la capacidad del powerbank para identificar la capacidad de carga efectiva.
No esperes a quedarte al cero por ciento
Las baterías de iones de litio no tienen efecto memoria, pero sí acusan un número finito de ciclos de carga y descarga. Es decir, la capacidad de la batería para alimentarse se va deteriorando con el tiempo. El número de ciclos de carga antes de que se detecte una degradación apreciable de la capacidad puede superar fácilmente el millar. La batería seguirá funcionando, pero empezaremos a notar que se descarga con mucha rapidez, hasta que “no nos aguante nada”. Mil ciclos vienen a ser entre dos y tres años de uso.
En la tabla de abajo, que se encuentra en el portal Battery University, vemos cómo obtenemos más ciclos útiles cuando ponemos a cargar el móvil antes de que llegue a niveles demasiado bajos. Es decir, alimentándolo cuando se ha descargado un 80% tenemos 900 ciclos; no obstante, si lo hacemos cuando se ha descargado un 40%, tenemos 3.000 ciclos, que son más de los 1.800 ciclos que resultarían de extrapolar el resultado obtenido con la descarga del 80%.
Para tu tranquilidad, decir que, si empiezas a cargar la batería cuando está al 50%, no estás desperdiciando un ciclo. En este ejemplo, podríamos señalar que, si cargas la batería cuando está al 50%, tendrías un ciclo consumido después de dos cargas. Si lo haces cuatro veces seguidas cuando está al 75%, habrás gastado un ciclo al final de la cuarta carga.
Es más, el aprovechamiento óptimo de la batería se hace cuando no se deja que se descargue del todo.
Temperatura, cuidado
Ya puestos a hablar de las baterías, hemos de subrayar que uno de sus grandes enemigos es el calor. Estamos ante electrolitos que, en caso de un aumento exagerado de la temperatura, pierden capacidad de carga de forma permanente. Hablamos de los típicos calentones que se dan cuando dejamos el terminal expuesto al sol directo. Hay que evitar este tipo de situaciones.
En caso de un aumento exagerado de la temperatura, pierden capacidad de carga de forma permanente
A veces, también podemos observar que el terminal se calienta por encima de lo normal cuando estamos ejecutando alguna aplicación. Puede suceder que algún proceso encargado de controlar la temperatura haya fallado, en cuyo caso lo mejor es apagar el móvil y volver a encenderlo.
La batería, un componente esencial
Parece claro que la batería es esencial para que la experiencia de uso del terminal sea sobresaliente. Los fabricantes tratan de maximizar la capacidad, como hemos visto en el Honor 8X, con nada menos que 3.750 mAh de capacidad. Al mismo tiempo, integran sistemas de ahorro de energía que hacen que se consuma lo mínimo necesario para que el equipo haga lo que le pedimos.
Tecnologías como GPU Turbo de Honor hacen que el consumo de energía en escenarios como el de gaming con el móvil se reduzca hasta un 30%. De este modo, podremos pasar más tiempo sin cargar el smartphone. Sin embargo, todavía queda un largo camino para encontrar la cuadratura del círculo en las necesidades energéticas de nuestros teléfonos inteligentes.
Imágenes | Apertura de Manu Arenas, interior de una batería de Wikipedia, tabla de consumo de un smartphone en vatios
