Almacenamiento de energía

Electroquímica. Batería y pila. Tipos de pilas. Par galvánico (Galvani)

  • Enviado por: El Chacho
  • Idioma: castellano
  • País: México México
  • 10 páginas

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INTRODUCCION

En este trabajo se puede observar los tipos de experimentos y los inventores de la batería para el almacenamiento de energía, invento que a travez de los años a mejorado a sus predecesores almacenando mas energía y haciendo su tiempo de vida mas duradero, como se muestra a continuación.

Batería.

Aparato que transforma la energía química en eléctrica, y consiste en dos o más pilas eléctricas conectadas en serie o en paralelo en mixto. Se han desarrollado diversos tipos de nuevas baterías para vehículos eléctricos. Se trata de versiones mejoradas de las baterías convencionales, pero aún tienen numerosos inconvenientes como su corta duración, alto costo, gran volumen o problemas medioambientales. Las baterías destinadas a vehículos eléctricos incorporan sulfuro de litio-hierro, cinc-cloro, hidruro de níquel y sulfuro de sodio. Las compañías suministradoras de electricidad están desarrollando este tipo de baterías para utilizarlas como “niveladores de carga”, a fin de compensar las fluctuaciones esporádicas del sistema. Estas baterías ocupan poco espacio y apenas tienen efectos dañinos para el medioambiente.

Pila de dicromato

Desarrollada en 1850, la pila de dicromato consistía en electrodos de cinc y carbono situados en un frasco de cristal lleno de ácido crómico. El diseño de esta batería fue considerado mucho más seguro que el de sus precedesoras, pues no utiliza ácido nítrico concentrado que desprende humos venenosos.

Pila eléctrica.

Dispositivo que convierte la energía química en eléctrica. Todas las pilas consisten en un electrólito (que puede ser líquido, sólido o en pasta), un electrodo positivo y un electrodo negativo. El electrólito es un conductor iónico; uno de los electrodos produce electrones y el otro electrodo los recibe. Al conectar los electrodos al aparato que hay que alimentar, llamado carga, se produce una corriente eléctrica.

Las pilas en las que el producto químico no puede volver a su forma original una vez que la energía ha sido convertida, se llaman pilas primarias o voltaicas. Las pilas en las que el producto químico puede ser reconstituido pasando una corriente eléctrica a través de él en dirección opuesta a la operación normal de la pila, se llaman pilas secundarias o acumuladores.

Pilas primarias o Pila Seca

La pila primaria más común es la pila Leclanché o pila seca, inventada por el químico francés Georges Leclanché en los años sesenta. La pila seca que se utiliza hoy es muy similar al invento original. El electrólito es una pasta consistente en una mezcla de cloruro de amonio y cloruro de cinc. El electrodo negativo es de cinc, igual que la parte exterior de la pila, y el electrodo positivo es una varilla de carbono rodeada por una mezcla de carbono y dióxido de manganeso. Esta pila produce una fuerza electromotriz de unos 1,5 V.

Ambas pilas son utiles para servicio intermitente, como en timbres electricos, y la pila seca, ha permitido la construcción de lamparas portatiles. Estas pilas tiene una resistencia interior muy inferior a la de Daniell, lo que les permite crear corrientes mas intensas por corto tiempo. Pero, a diferencia de la pila dew Daniell, la de Leclanché y la seca, no pueden usarse continuamente.

Otra pila primaria muy utilizada es la pila de cinc-óxido de mercurio, conocida normalmente como batería de mercurio, desarrollan un voltage superior al de la pila de Daniell, esto es una consecuencia respecto a series potenciales de contacto en las que el grafito (una forma del carbono), está mas alejado del cinc que el cobre. Puede tener forma de disco pequeño y se utiliza en audífonos, células fotoeléctricas y relojes de pulsera eléctricos. El electrodo negativo es de cinc, el electrodo positivo de óxido de mercurio y el electrólito es una disolución de Cloruro de amonio. El anoión cloro se desplaza hacia el cinc, y cuando la pila esta en funcionamiento, se une con el para formar cloruro de cinc. El cation amonio tiende a reaccionar con el agua, en el electrodo de carbón, formando hidróximo amonico y liberando un catión hidrogeno de acuerdo con la relación. La batería de mercurio produce unos 1,34 V. + +

H2O + NH4 H + NH4OH

Las llamadas pilas secas, no son en realidad, sino que esencialmente son pilas de Leclanché cuyo electrolito esta constituido por varios componentes además del cloruro de amonio, los que forman una pasta húmeda o gelatinosa cuando la pila deja de funcionar es cuando realmente seca.

La pila de combustible es otro tipo de pila primaria. Se diferencia de las demás en que los productos químicos no están dentro de la pila, sino que se suministran desde fuera.

Pilas secundarias

El acumulador o pila secundaria, que puede recargarse revirtiendo la reacción química, fue inventado en 1859 por el físico francés Gaston Planté. La pila de Planté era una batería de plomo y ácido, y es la que más se utiliza en la actualidad. Esta batería que contiene de tres a seis pilas conectadas en serie, se usa en automóviles, camiones, aviones y otros vehículos. Su ventaja principal es que puede producir una corriente eléctrica suficiente para arrancar un motor; sin embargo, se agota rápidamente. El electrólito es una disolución diluida de ácido sulfúrico, el electrodo negativo es de plomo y el electrodo positivo de dióxido de plomo. En funcionamiento, el electrodo negativo de plomo se disocia en electrones libres e iones positivos de plomo.

Los electrones se mueven por el circuito eléctrico externo y los iones positivos de plomo reaccionan con los iones sulfato del electrólito para formar sulfato de plomo. Cuando los electrones vuelven a entrar en la pila por el electrodo positivo de dióxido de plomo, se produce otra reacción química. El dióxido de plomo reacciona con los iones hidrógeno del electrólito y con los electrones formando agua e iones plomo; estos últimos se liberarán en el electrólito produciendo nuevamente sulfato de plomo.

Un acumulador de plomo y ácido se agota porque el ácido sulfúrico se transforma gradualmente en agua y en sulfato de plomo. Al recargar la pila, las reacciones químicas descritas anteriormente se revierten hasta que los productos químicos vuelven a su condición original. Una batería de plomo y ácido tiene una vida útil de unos cuatro años. Produce unos 2 V por pila. Recientemente, se han desarrollado baterías de plomo para aplicaciones especiales con una vida útil de 50 a 70 años.

Otra pila secundaria muy utilizada es la pila alcalina o batería de níquel y hierro, ideada por el inventor estadounidense Thomas Edison en torno a 1900. El principio de funcionamiento es el mismo que en la pila de ácido y plomo, pero aquí el electrodo negativo es de hierro, el electrodo positivo de óxido de níquel y el electrólito es una disolución de hidróxido de potasio. La pila de níquel y hierro tiene la desventaja de desprender gas hidrógeno durante la carga. Esta batería se usa principalmente en la industria pesada. La batería d

de Edison tiene una vida útil de unos diez años y produce aproximadamente unos 1,15 V.

Otra pila alcalina similar a la batería de Edison es la pila de níquel y cadmio o batería de cadmio, en la que el electrodo de hierro se sustituye por uno de cadmio. Produce también 1,15 V y su vida útil es de unos 25 años.

Pilas solares

Las pilas solares producen electricidad por un proceso de conversión fotoeléctrica. La fuente de electricidad es una sustancia semiconductora fotosensible, como un cristal de silicio al que se le han añadido impurezas. Cuando la luz incide contra el cristal, los electrones se liberan de la superficie de éste y se dirigen a la superficie opuesta. Allí se recogen como corriente eléctrica. Las pilas solares tienen una vida muy larga y se utilizan sobre todo en los aviones como fuente de electricidad para el equipo de a bordo.

FUERZA ELECTROMOTRIZ

Para que haya una caída de potencial y se mantenga en un circuito es preciso que haya alguna causa que lo eleve. Esta causa es llamada fuerza electromotriz y se crea por algún agente, como, por ejemplo una pila. La fuerza electromotriz se mide con la misma unidad que la diferencia o caída de potencial, o sea, en voltios. Los generadores de fuerza electromotriz pueden compararse a bombas cuya misión es impulsar un líquido desde un nivel bajo a otro más alto. Por el contrario, la caída que provoca la resistencia es análoga al descenso de nivel de una corriente de agua que se desplaza por la acción de la gravedad.

PAR GALVANICO

En 1786, Galvani, profesor de anatomía de la universidad de Bolonia, descubrió casualmente el primer generador de f.e.m. capaz de mantener una circulación continua de electricidad. Observó que los músculos de las ancas de rana despellejadas recién preparadas se contorsionaban por la acción de descarga eléctrica, cuando ésta se verificaba en una máquina eléctrica situada en sus inmediaciones. Observó además que si se colgaban de un gancho de cobre en forma que éste atravesase su nervio lumbar, sus músculos se contraían violentamente cuando las ancas se ponían en contacto con el barandal de hierro de su balcón. Este segundo descubrimiento, aunque consecuencia del primero, fue también accidental, pero condujo a la investigación de la llamada fuerza electromotriz de contacto.

Galvani llego a la conclusión correcta de que la contracción de los músculos era debida a un estímulo eléctrico, y supuso que la corriente se originaba en los tejidos del animal como una especie de flúido. Pero Volta, de la Universidad de Padua, discutió con él esta última conclusión, y demostró que el origen de la electrifican estaba en el contacto de los dos metales distintos, cobre y hierro, que se realizaba a través del anca húmedo de la rana. De acuerdo con dicho punto de vista construyó Volta su pila voltaica, en la que amplió el efecto del contacto citado estableciendo una serie de dichos contactos o pares voltaicos. Cada par está separado por un disco de paño humedecido con una solución de ácido sulfúrico, de sal o simplemente con agua, y está construido por dos discos uno de plata y otro de cobre, y los distintos pares se apilan uno sobre otro separados por los paños. Estos sustituyen al anca de rana, y el sentido de la f.e.m. es desde el cobre a la plata a través del disco de paño. Se puede desarrollar un voltaje bastante grande apilando gran número de pares para formar la pila voltaica.

Cuando metales distintos están separados por un electrolito o una capa delgada de un gas, capaces de actuar sobre ellos, se establece entre dichos metales una diferencia de potencial. Los diversos metales pueden ordenarse en una serie, en la cual cada uno de ellos sea más electropositivo que los que le siguen.

CONCLUSIONES

En este trabajo se pudo se demostró parte de la historia del descubrimiento de las baterías, un invento para el almacenamiento de energía que dio lugar a las baterías de motores, lamparas de mano, radio portátil y un sin numero de aparatos que pueden funcionar sin la necesidad de una toma de energía. Este trabajo me sirvió para conocer la historia de una parte vital del automóvil de gasolina y antecedentes del automóvil eléctrico.

BIBLIOGRAFIA

Microsoft Encarta 98

Fisica General, 2° Edición, Frederyc Bouche.

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