¿Se congelan las pilas? Frío, almacenamiento y rendimiento

El frío es el punto en el que una pila deja de ser una compra de commodity. Dos pilas AA pueden separarse por 22 °C en la temperatura que su fabricante está dispuesto a declarar — −18 °C en la alcalina y −40 °C en la primaria de litio —, y dos bloques de 9V de la misma carcasa pueden diferir en 13 °C. La línea más económica suele ser la de ventana más estrecha, que es justo por lo que acaba en el producto de invierno. Esta guía expone los límites declarados de cada química que fabricamos o con la que competimos, qué ocurre realmente dentro de la pila cuando baja el termómetro, cómo almacenar pilas para el invierno y qué debería incluir un comprador en la especificación de un mercado frío.

¿Se congelan las pilas?

No al mismo punto, y rara vez en estado sólido. Lo que cambia con el frío es la química: una pila alcalina o de zinc-carbono funciona con un electrolito acuoso que ya se vuelve lento a 0 °C, mientras que una pila primaria de litio usa un electrolito no acuoso declarado a −40 °C. El dato que responde a la pregunta es el rango de la ficha técnica del fabricante.

Dentro de «se congelan las pilas» se esconden tres preguntas distintas, y conviene mantenerlas separadas:

• ¿Se congelará el electrolito? En una pila alcalina o de zinc-carbono acuosa es un riesgo real a temperaturas muy por debajo de cero, y es una de las razones por las que los fabricantes ponen un límite inferior en el rango declarado en lugar de una promesa.
• ¿Seguirá entregando corriente? Mucho antes de cualquier punto de congelación, una pila fría se hunde bajo carga: el voltaje cae, el dispositivo alcanza su voltaje de corte y se apaga mientras todavía queda energía química dentro de la carcasa.
• ¿Se dañará? A menudo no: la pérdida de voltaje causada por el frío suele revertirse cuando la pila se calienta. Lo que sí daña las pilas es cargarlas en frío y las fugas tras un almacenamiento prolongado en un dispositivo sometido a temperaturas extremas.

¿Qué químicas de pila están declaradas bajo cero?

Todo fabricante de reputación publica su ventana, y la diferencia entre unas y otras es grande. La tabla siguiente cita esa línea tal como está impresa, de modo que una especificación puede contrastarse con la fuente y no con un argumento de marketing: el mismo criterio que aplicamos a nuestras propias fichas técnicas de modelo.

Lea la columna, no la familia química, y el orden resulta incómodo: la misma carcasa de 9V está declarada a −18 °C como alcalina y solo a −5 °C como zinc-carbono, una brecha de 13 °C entre dos bloques que se conectan al mismo terminal de clip. Un dispositivo especificado como «una pila de 9V» puede, por tanto, quedarse 13 °C corto.

¿Qué ocurre realmente dentro de una pila alcalina con el frío?

La pila no está vacía; va lenta. El frío aumenta la viscosidad del electrolito acuoso de hidróxido de potasio, los iones se mueven con menos libertad entre los electrodos y la resistencia interna sube, de modo que el voltaje se hunde bajo carga y el dispositivo alcanza su voltaje de corte mucho antes de que se agote la energía almacenada. Si se calienta, buena parte de ese rendimiento vuelve.

Ese mecanismo explica la forma de todas las fichas técnicas de la tabla anterior. Los fabricantes publican el mismo tipo de curva —la capacidad representada frente a la temperatura— porque la autonomía que se mide a 20 °C no es la que se obtiene a −10 °C. Energizer imprime esa comparación en su ficha de la AA de litio, con una pila alcalina al lado, y es la ilustración pública más clara de cuánto se separan las dos curvas a medida que baja la temperatura.

Un detalle importa más de lo que la mayoría espera: la cifra de capacidad que usted compara se mide en caliente. Los mAh destacados de cualquier fabricante se toman a una temperatura controlada de unos 20 °C, incluidos los nuestros: las capacidades declaradas de nuestros modelos LR6, 6LR61 y CR2032 se ensayan a 20 ± 2 °C, tal como indican las notas de esas fichas técnicas. Por eso un diseño para mercado frío debe ajustarse por la curva de temperatura y el voltaje de corte del dispositivo, no por la cifra destacada sola.

Hay también una vertiente de seguridad. Las recomendaciones de cuidado de Duracell señalan que las temperaturas extremas reducen el rendimiento de la pila y pueden provocar fugas, y aconsejan almacenar las pilas secas a temperatura ambiente. Una fuga en un dispositivo de invierno suele ser una pila que pasó meses en un compartimento frío y húmedo: la corrosión aparece en los contactos en primavera, cuando se vuelve a usar el dispositivo.

¿Por qué las pilas de litio siguen funcionando cuando las alcalinas se agotan?

Porque su electrolito no es agua. Una AA de disulfuro de hierro y litio (Li-FeS₂) usa un electrolito orgánico que se mantiene fluido muy por debajo de cero, y su fabricante declara un único rango tanto para el funcionamiento como para el almacenamiento — −40 °C a +60 °C —, una vida útil en almacén de 25 años a 21 °C y hasta 2.5 A de descarga continua de una sola pila.

La curva de descarga plana importa tanto como el rango de temperatura. Un dispositivo que deja de funcionar porque su voltaje bajó, y no porque se agotara su energía, es un dispositivo al que una pila primaria de litio mantiene vivo: el voltaje se mantiene más cerca de su nivel nominal hasta que la pila está casi agotada, así que el corte llega mucho más tarde con frío.

Dos cosas conviene mantenerlas en perspectiva:

• Un rango amplio no es licencia para ignorar la banda de confort. Maxell declara su CR2032 de −20 °C a +85 °C y luego pide que se le consulte antes de usarla fuera de 0 °C a +40 °C. Lea la nota bajo la tabla, no solo la tabla: las pilas de botón de su sensor exterior entran en el rango absoluto mucho antes de entrar en la banda con la que el fabricante se siente cómodo.
• El litio es otra historia en el transporte. Las pilas y baterías de litio son las que viajan con un resumen de ensayo UN38.3 y la documentación de envío de litio; las pilas alcalinas, de zinc-carbono, de óxido de plata y de zinc-aire no. Nuestra página de certificaciones de pilas explica cómo archivamos las familias por separado, modelo por modelo.

¿Conviene guardar las pilas en el refrigerador o en el congelador?

No, y la razón no es que el frío dañe a una pila almacenada, sino que un refrigerador o un congelador es el tipo equivocado de frío. Las propias recomendaciones de cuidado de Duracell son tajantes: guarde las pilas en un lugar seco a temperatura ambiente normal y no las ponga en un refrigerador, porque no las recargará ni prolongará su energía.

El frío sí ralentiza la autodescarga, y la vida útil en almacén de 25 años a 21 °C de una pila de litio demuestra lo poco que eso importa en una química diseñada para estar en una estantería. Lo que añade el almacenamiento en frío es la parte que ninguna ficha técnica cubre: un refrigerador doméstico es un lugar húmedo para los estándares de una pila, y cada vez que una pila fría sale a una habitación cálida se forma condensación en la carcasa y en los terminales. En una pila de botón sellada eso es ruido; en un pack sin sellar con contactos, es una vía de corrosión.

Las reglas prácticas son aburridas y funcionan:

• Conserve el envase original. Es la propia protección del fabricante contra el contacto entre terminales y los cortocircuitos, y lleva el código de fecha.
• Guárdelas secas, a temperatura ambiente y por encima del punto de congelación. Un armario es mejor que una estantería del garaje en un invierno duro.
• No lleve pilas sueltas en el bolsillo. El contacto con llaves o monedas puede cortocircuitar una pila, y una pila en cortocircuito puede tener fugas, sobrecalentarse o romperse.
• Saque las pilas de los dispositivos que van a estar meses sin usarse. La recomendación de Duracell es retirarlas cuando un dispositivo no se va a usar durante varios meses, porque muchos productos siguen consumiendo una pequeña corriente aunque estén apagados, y eso es lo que provoca la fuga: consulte nuestra guía sobre por qué las pilas tienen fugas para saber cómo empieza esa corrosión.

¿Cómo deben almacenarse las pilas para el invierno?

Ajuste la ventana de almacenamiento a la química, porque las ventanas más estrechas no son las que la gente espera. Una pila de zinc-aire para audífono debe almacenarse entre 5 °C y 30 °C y al 40–80% de humedad relativa —una ventana más estrecha que la de cualquier pila alcalina—, mientras que una pila primaria de litio tolera un almacén frío y sin calefacción.

La vida útil en almacén pertenece a la misma conversación, porque es la misma física. Energizer declara 10 años a 21 °C para una AA alcalina y 25 años para una AA de litio; Duracell declara cuatro años sin activar a 21 °C para una 312 de zinc-aire. Esas cifras presuponen un almacenamiento a la temperatura declarada: un almacén que se congela en invierno y se calienta en verano supone un reloj más corto de lo que implica la ficha técnica, y por eso imprimimos el fechado de producción en las pilas y podemos fechar el pack con el formato de su mercado. Nuestras propias declaraciones de vida útil en almacén y las fichas técnicas de modelo exponen lo que declaramos para cada línea.

¿Se puede recuperar una pila congelada?

Normalmente sí, si solo se hundió. El voltaje que pierde una pila fría es en gran medida recuperable: meta el dispositivo o las pilas en el interior, deje que alcancen la temperatura ambiente por sí solas, y una pila que medía plana a −18 °C a menudo volverá a medir sana. Es el mismo mecanismo al revés: el electrolito se vuelve menos viscoso y la resistencia baja.

Lo que no se recupera tan fácilmente es una pila que se ha cargado en frío. Las fichas técnicas NiMH de Energizer declaran la carga solo de 0 °C a +40 °C, así que una carga bajo cero queda fuera del rango para el que se diseñó la pila, y las ventanas de carga de las químicas de litio recargables son aún más estrechas. La regla para cualquier recargable es sencilla: primero calentar, después cargar. Una hora en el interior es barata; una pila dañada no lo es.

Antes de fiarse de una pila que ha pasado un invierno en un dispositivo de exterior:

• Busque fugas y corrosión en la carcasa y en los contactos, y limpie o sustituya el compartimento.
• Deje que se caliente gradualmente: nada de radiador, agua caliente ni secador de pelo. Un cambio brusco de temperatura es en sí mismo un esfuerzo.
• Pruébela bajo carga en lugar de fiarse de una lectura en circuito abierto: nuestra guía cómo probar una pila explica en detalle el método con multímetro.
• No la mezcle con pilas nuevas en el mismo dispositivo. La pila más débil marca la autonomía, y el desequilibrio es lo que provoca cargas inversas y fugas.

¿Qué debe indicar una ficha técnica para un producto de clima frío?

Cuatro líneas deciden si una pila sirve para un producto de invierno: el rango de temperatura de funcionamiento, el rango de almacenamiento, la temperatura a la que se midió la cifra de capacidad y el voltaje de corte al que se apaga el dispositivo. Pídalas modelo por modelo y no por química: dos pilas del mismo tamaño de carcasa pueden tener ventanas distintas.

Esa lista es la forma de una buena consulta a cualquier fábrica de pilas, incluida la nuestra. Cuando un cliente envía un briefing de dispositivo, la versión útil dice así:

• Temperatura ambiente a la que debe funcionar el producto, y la temperatura de almacenamiento que puede ver entre la producción y la venta.
• Perfil de carga: corriente media, corriente de pico, cuánto dura cada pico y el ciclo de trabajo, no solo «necesita una AA».
• Voltaje de corte del circuito, porque es eso, y no la cifra de amperios-hora, lo que decide cuándo se apaga el dispositivo con frío.
• Volumen y formato: qué pila acepta el portapilas y si el envase de venta debe llevar una declaración de resistencia al frío que usted esté dispuesto a respaldar.
• Mercado y documentos: qué certificados y declaraciones exige el mercado de destino.

Nuestro equipo de ingeniería ajusta la pila a ese briefing y la confirma con la ficha técnica del modelo. Los antecedentes sobre corriente, capacidad y carga están en cuántos amperios tiene una pila AA, y la lista ampliada de documentos está en certificados y documentos de pilas.

¿Qué cambia el clima frío cuando compra pilas en volumen?

Tres cosas, y las tres se deciden antes de cursar el pedido: qué química va a un mercado frío, cómo se almacenan las cajas entre la fábrica y la estantería y qué documentos viajan con la mercancía. Una gama de venta basada en pilas alcalinas para un invierno nórdico es una especificación distinta de la misma gama en un mercado cálido.

En un programa OEM o de marca blanca, las preguntas sobre el frío se convierten en papeleo y envase:

• Química para el mercado, no para la estación. Las pilas primarias de litio son las que hay que presupuestar para un dispositivo que debe funcionar por debajo de −18 °C, y las alcalinas para el resto; la de zinc-aire debe quedarse fuera de cualquier producto que vaya a almacenarse en frío, porque su ventana de almacenamiento de 5 °C a 30 °C es la más estrecha de la gama.
• Declaraciones respaldadas por una ficha técnica. Una frase como «funciona con frío» en un blíster es una afirmación sobre un rango de temperatura declarado; las nuestras citan la ficha del propio modelo, y no imprimimos una cifra que la documentación no respalde.
• Almacenamiento y fechado para una cadena en frío. Las cajas que cruzan un mercado frío en invierno necesitan que se respete la ventana de almacenamiento, y el envase necesita un código de fecha que concuerde con la vida útil en almacén de la pila que lleva dentro: el mismo ciclo de arte final y pruebas que cualquier tirada de envases de pilas de marca blanca.
• El expediente de transporte correcto. Las pilas y los packs de litio se mueven bajo las reglas del litio con un resumen de ensayo UN38.3; las familias alcalina, de zinc-carbono, de óxido de plata y de zinc-aire que fabricamos, no. Nuestras páginas de certificaciones de pilas y de conformidad con la normativa europea de pilas detallan lo que se archiva por modelo.
• Un pedido, varias líneas. Alcalina AA (LR6), AAA (LR03) y D (LR20), alcalina de 9V 6LR61 y zinc-carbono 6F22, pilas de botón y la gama recargable pueden presupuestarse juntas: los primeros pedidos arrancan en 50 cajas por línea de producto, y son posibles las cajas con varios SKU para programas de venta minorista, como explica venta al por mayor de baterías.