Bateria

 Batería

Te explicamos qué es una batería y cómo funciona este dispositivo. Además, los tipos de baterías que hay y qué es una batería.

Las baterías se han integrado plenamente en nuestra vida cotidiana desde su invención en el siglo XIX y su comercialización masiva en el siglo XX. El desarrollo de las baterías va de la mano con los avances tecnológicos en electrónica. Mandos a distancia, relojes, ordenadores de todo tipo, teléfonos móviles y un gran número de dispositivos contemporáneos utilizan pilas como fuente de alimentación, por lo que se fabrican con diferentes capacidades.

Las baterías tienen una capacidad de carga determinada por la naturaleza de su composición y medida en amperios-hora (Ah), lo que significa que la batería puede suministrar un amperio de corriente durante una hora continua. Cuanto mayor sea su capacidad de carga, más corriente podrá almacenar en su interior.

Finalmente, el corto ciclo de vida de la mayoría de las baterías comerciales las ha convertido en un gran contaminador del agua y el suelo, porque una vez que termina su ciclo de vida, no se pueden recargar ni reutilizar y se desechan. Después de oxidar su carcasa metálica, las baterías liberan su contenido químico al medio ambiente y cambian su composición y pH.

¿Cómo funciona una batería?

El principio fundamental de una batería consiste en las reacciones de oxidación-reducción (redox) de determinadas sustancias químicas, una de las cuales pierde electrones (se oxida) mientras que la otra los gana (reduce), pudiendo recuperar su configuración original en las condiciones necesarias: la aplicación de electricidad (carga) o cierre del circuito (descarga).

Las baterías contienen celdas químicas que tienen un polo positivo (ánodo) y un polo negativo (cátodo), así como electrolitos que permiten que la electricidad fluya hacia el exterior. Estas celdas convierten la energía química en energía eléctrica, mediante un proceso reversible o irreversible, según el tipo de batería, que una vez agotada agota su capacidad de recibir energía. Hay dos tipos de células:

primario. Aquellos que, una vez producida la reacción, no pueden volver a su estado original, agotando así su capacidad de almacenar corriente eléctrica. También se les llama pilas no recargables.

Escuela secundaria. Aquellos que pueden recibir una aplicación de electricidad para restaurar su composición química original y pueden usarse varias veces antes de que se agoten por completo. También se les llama pilas recargables.

Tipos de Baterias

Dependiendo de las celdas utilizadas en la producción, existen muchos tipos diferentes de baterías, tales como:

Elementos alcalinos. Suele ser de un solo uso. El hidróxido de potasio (KOH) se utiliza como electrolito. La reacción química que produce energía tiene lugar entre el zinc (Zn, ánodo) y el dióxido de manganeso (MnO2, cátodo). Estas son baterías extremadamente estables, pero tienen una vida útil corta.

Baterías de plomo. En vehículos compartidos y motos. Son baterías recargables que, al cargarse, tienen dos electrodos de plomo: un cátodo de dióxido de plomo (PbO2) y un ánodo de plomo esponjoso (Pb). El ácido sulfúrico (H2SO4) en solución acuosa se utiliza como electrolito. Por otro lado, cuando la batería se descarga, el plomo se deposita sobre el plomo metálico (Pb) en forma de sulfato de plomo(II) (PbSO4). Luego, durante la carga inicial, el PbSO4 se reduce a Pb en las placas negativas y se forma PbO2 en las placas positivas. En este proceso, el plomo se oxida y se reduce simultáneamente. Por otro lado, durante la descarga, el PbO2 se reduce a PbSO4 y el Pb se oxida, lo que también produce PbSO4. Estos dos procesos pueden repetirse cíclicamente hasta que los cristales de PbSO4 se vuelvan demasiado grandes y pierdan así su reactividad química. En tales casos, la palabra común es que la batería ha fallado y debe ser reemplazada.

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Baterías de níquel. Precio muy bajo, pero mal rendimiento, entre los primeros en la historia en ser producido. Sin embargo, se han desarrollado nuevas baterías, tales como:

Níquel-hierro (Ni-Fe). Consistían en tubos delgados envueltos en placas de acero niquelado. El hidróxido de níquel (III) (Ni(OH)3) está presente en las placas positivas y el hierro (Fe) en las placas negativas. El electrolito utilizado es hidróxido de potasio (KOH). Aunque fue muy largo, la producción se detuvo debido al bajo rendimiento y los altos costos.

Níquel-cadmio (Ni-Cd). Constan de un ánodo de cadmio (Cd) y un cátodo de hidróxido de níquel (III) (Ni(OH)3) e hidróxido de potasio (KOH) como electrolito. Estas baterías se cargan perfectamente, pero tienen una baja densidad energética (sólo 50 Wh/kg). Además, cada vez se usan menos por el gran efecto memoria (reducción de la capacidad de la batería cuando no está completamente cargada) y porque el cadmio contamina mucho el medio ambiente.

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Hidruro de níquel (Ni-MH). El oxihidróxido de níquel (NiOOH) se utiliza como ánodo y una aleación de hidruro metálico como cátodo. En comparación con las baterías de Ni-Cd, tienen una mayor capacidad de carga y un menor efecto memoria, y son respetuosas con el medio ambiente porque no contienen Cd (altamente contaminante y peligroso). Fueron pioneros en su uso en vehículos eléctricos porque se cargan bien.

Baterías de iones de litio (Li-ION). La sal de litio se utiliza como electrolito. Estas baterías se utilizan a menudo en pequeños dispositivos electrónicos como teléfonos móviles y otros dispositivos portátiles. Se caracterizan por una alta densidad energética, además son muy ligeros, de pequeño tamaño y tienen buen rendimiento, pero su vida útil no supera los tres años. Otra ventaja es su bajo impacto en la memoria. Además, pueden explotar cuando se sobrecalientan debido a que sus celdas son inflamables, por lo que sus costos de producción son elevados debido a que se deben instalar elementos de seguridad.

Baterías de polímero de litio (LiPo). Una versión de las baterías de litio ordinarias, tienen una mayor densidad de energía y un mejor grado de descarga, pero tienen la desventaja de que si su carga cae por debajo del 30% quedan inutilizables, por lo que es importante no dejar que se descarguen por completo. . Pueden sobrecalentarse y explotar, por lo que es muy importante no mirar la batería durante mucho tiempo o guardarla siempre en un lugar seguro lejos de materiales inflamables.

Finalmente, el corto ciclo de vida de la mayoría de las baterías comerciales las ha convertido en grandes contaminantes del agua y del suelo, ya que no se pueden recargar ni utilizar al final de su ciclo de vida y se desechan. Después de que su caja de metal se oxida, las baterías liberan sustancias químicas al medio ambiente, cambiando su composición y pH.

¿Cómo funciona la batería?

El principio de funcionamiento de la batería consiste en una reacción de oxidación-reducción (redox) de determinadas sustancias químicas, una de las cuales pierde electrones (se oxida) y la otra gana electrones (reduce), y en las condiciones necesarias puede volver a su estado original. configuración: conexión eléctrica (carga) o cierre de circuitos (descarga).

Las baterías contienen celdas químicas con un polo positivo (ánodo) y un polo negativo (cátodo) y un electrolito que permite que la corriente fluya hacia el exterior. Según el tipo de batería, estas celdas convierten la energía química en electricidad a través de un proceso reversible o irreversible, que al desgastarse agota su capacidad de regeneración.