La otra noche, me encontré durmiendo en la casa de un amigo sin un cargador MicroUSB a mano. Como tal, mi teléfono (Nokia Lumia 920) se apagó antes de irme a la cama; intentar arrancar simplemente mostraría una pantalla de "batería baja". Cuando me desperté unas 6 horas más tarde, decidí (en un momento seguramente acorde con la definición de locura) intentar encender el teléfono nuevamente. El teléfono arrancó esta vez y mostró que quedaba aproximadamente un 12 % de batería. Aparte de los esperados mensajes de advertencia de "batería baja", se me permitió usar el teléfono normalmente por un tiempo antes de que finalmente volviera a mi automóvil y pudiera cargarlo allí.
Estoy bastante seguro de haber visto este fenómeno en otros dispositivos electrónicos pequeños (generalmente teléfonos). Un dispositivo habrá agotado su batería hasta el punto de no poder arrancar, pero, después de unas horas más o menos, lo intentaré de nuevo y encontraré que vuelve a la vida como si nada estuviera mal.
¿Qué causa esto?
Las baterías funcionan mediante una reacción redox . La reacción solo puede ocurrir tan rápido, lo que limita la corriente que puede proporcionar la batería. A medida que se extrae más corriente de la batería, el voltaje disminuye.
A medida que la batería se agota, hay menos de estos reactivos disponibles para impulsar la corriente eléctrica. Sin embargo, si la batería se deja reposar por un tiempo, la reacción puede avanzar un poco, acumulando un exceso de electrones en una terminal y una falta en la otra.
Tan pronto como los terminales de la batería se conectan con un conductor, se produce una corriente cuando el desequilibrio de la carga eléctrica intenta alcanzar el equilibrio. Sin embargo, muy pronto todo ese desequilibrio que se desarrolló cuando la batería se quedó en el estante se ha utilizado, y la reacción química debe continuar creando más desequilibrio para continuar impulsando la corriente desde la batería. Si la batería está casi agotada, esta reacción no puede ocurrir muy rápido, ya que casi todos los reactivos de la batería ya han reaccionado.
Entonces, la batería en el estante no se está "recargando", porque no está ganando más energía. Simplemente le está dando a los químicos dentro de la batería más tiempo para reaccionar, convirtiendo más de la energía química que ya estaba allí en energía eléctrica.
En una batería (recargable o no) los iones deben migrar a los dos polos para intercambiar electrones con los polos, lo que hace que la corriente eléctrica fluya entre los polos (= la batería entrega energía).
Esta migración de iones no ocurre instantáneamente: los iones pueden tardar algún tiempo en migrar a sus respectivos polos y hacer su trabajo. Cuando la región alrededor de un polo se agote de iones, la batería parecerá vacía, pero después de un tiempo los iones se dispersarán nuevamente, habrá iones cerca del polo y la batería aparecerá cargada nuevamente.
Los restos de los iones cargados pueden causar un efecto similar: una vez descargados, pueden bloquear el proceso previsto cerca de los polos. Toman tiempo para difundirse lejos de los polos.
Una batería puede modelarse libremente como un grupo de capacitores interconectados por resistencias de varios valores. Para simplificar, suponga que hay dos capacitores: el n.° 1 está conectado directamente a la carga y el n.° 2 está conectado al n.° 1 a través de una resistencia de alto valor.
Cuando la carga no consume corriente, una pequeña cantidad de corriente fluirá desde la tapa que tenga el voltaje más alto hacia la que tenga el voltaje más bajo. Esto hará que las dos tapas se acerquen a un equilibrio donde los voltajes sean iguales.
Sin embargo, cuando la carga consume corriente, la carga puede fluir del n.° 1 a la carga más rápido que del n.° 2 al n.° 1. Si esto sucede, el voltaje en el n.° 1 caerá por debajo del voltaje en el n.° 2. Cuanto mayor sea la diferencia de voltaje, más corriente fluirá del n.° 2 al n.° 1, pero el voltaje en el n.° 1 puede caer por debajo del voltaje operativo mínimo del teléfono, incluso si el voltaje en el n.° 2 es sustancialmente mayor. Una vez que el teléfono se apague y deje de consumir energía, el flujo que sale del n.° 1 ya no será más rápido que el flujo que ingresa del n.° 2 y, en consecuencia, comenzará a recargarse desde el n.° 2 hasta que las baterías vuelvan a alcanzar el equilibrio.
Tenga en cuenta que, en la práctica, las baterías son mucho más complicadas de modelar que los condensadores; entre otras cosas, las resistencias que conectan las diversas capacitancias no son fijas sino que varían según se carga y descarga la batería. No obstante, el modelo de condensadores interconectados proporciona una imagen sencilla e intuitiva de lo que está pasando.
PD: se puede pensar que tanto las baterías como las tapas contienen algún material de almacenamiento de carga y algún material para conectarlo. Cuanto más material de interconexión contenga una batería o un condensador, menores serán las resistencias efectivas que conectan todo junto. Sin embargo, el material de interconexión no contiene ninguna cantidad útil de carga, por lo que las baterías y tapas de baja ESR tienen que ser físicamente más grandes que las baterías y tapas de alta ESR con la misma capacidad.
Ignacio Vázquez-Abrams
Iszi