Baterías

Electroquímica. Energía. Cargas. Historia. Evolución. Generador. Pila. Alcalina. Plomo. Níquel-cadmio. Iones de litio. Contaminantes

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BATERIAS



INDICE

Historia de las baterías…………………………………..pág. 3

¿Qué es una batería?.............................................pág. 6

Tipos de baterías y acumuladores……………………pág. 8

Las baterías como contaminantes……………………pág. 13

HISTORIA DE LAS BATERIAS

En tiempos remotos ya se exploraba y se probaba la electricidad.

En la antigua Grecia ya se conocía el efecto que tenía una pieza de ámbar cuando era frotada contra otro material, esta, podía atraer cuerpos ligeros.

En Baghdad hace miles de años fue encontrada una rudimentaria batería la cual, contenía, un núcleo de hierro insertado en un cilindro delgado de cobre; se cree que fue diseñada para almacenar electricidad estática.

Pero la historia de la batería es más reciente, aproximadamente el 20 de marzo de 1800, Alessandro Volta (del cual obtenemos la medida de diferencial de potencial; de su nombre.) que era profesor de filosofía en la universidad de Pavía, comunicó a la Royal London Society que había construido el primer aparato que generaba corriente continua.

Lo que hizo fue poner dos pequeños discos del tamaño de una moneda pequeña, uno de plata y otro de zinc en un recipiente, separados por un material esponjoso como el cuero, todo este conjunto estaba sumergido en agua salada, o alguna solución alcalina. A este conjunto se le puede llamar “pila”.

En 1803, Johann Wilhelm Ritter, construyó su acumulador eléctrico, pero era un prototipo teórico y experimental, sin posibilidad de aplicación práctica.

En 1813, Sir Humphrey Davy conectó una batería gigante en el sótano de la Real Sociedad Británica, esta batería estaba hecha de 2000 pares de platinas y tenía el tamaño de 100m2, con esta batería realizo muchos experimentos que permitieron un conocimiento más profundo de la electricidad.

Mychael Faraday utilizaba pilas voltaicas para realizar estudios en electricidad y magnetismo; descubrió que enviando corriente por un conductor, un campo magnético se inducia en un conductor paralelo. Continuando con sus estudios Faraday descubrió en 1813 que un magneto en movimiento podía generar electricidad en un conductor cercano, así nació la “dinamo”.

Poco a poco los científicos fueron mejorando la idea de la batería de Volta y en 1860 George Leclanche desarrolló la primera batería utilizada ampliamente (la célula de zinc-carbón). El ánodo era de zinc y una aleación de mercurio y el cátodo era un compuesto de dióxido de magnesio y un poco de carbón, ambos, ánodo y cátodo fueron sumergidos en una solución de cloruro de amonio, que actuaba como electrolito. Este sistema fue llamado: la célula mojada.

También en 1860 Gastón planté construyo el primer modelo de acumulador de plomo-acido, con poco éxito, pero en 1879 volvió a presentar el mismo acumulador, explicando sus características públicamente y tuvo una gran acogida, de modo que empezó a construirse y a utilizarse en gran medida, continuando con un proceso de perfeccionamiento y desarrollo que dura hasta nuestros días.

La idea de Leclanche era barata, pero fue desplazada en 1880 por la célula seca.

Thomas Alva Edison inventó, en 1900, otro tipo de acumulador con electrodos de hierro y níquel, cuyo electrolito era la potasa caustica (KOH). Empezaron a comercializarse en 1908 y son la base de los actuales modelos alcalinos, ya sean recargables o no.

Hacia 1900 también se inventó el acumulador níquel-cadmio, que utilizaba ánodos de cadmio en vez de hierro, siendo muy parecido al de ferroníquel en las restantes características, fue construido en Suecia por Junger y Berg.

En 1920 un joven científico, Samuel Ruben,y un joven empresario Philip Rogers Mallory unieron la inventiva de uno con el poder de manufactura del otro y de esa unión nació la base de la empresa Duracell Internacional.

Las invenciones de Ruben revolucionaron la tecnología de las baterías, creo la célula de mercurio, que era más eficiente que la de zinc-carbón, y fueron muy utilizadas en la II guerra mundial.

En el año 1950, Ruben, mejoró la batería alcalina de magnesio, haciéndola más resistente, compacta y de gran duración.

¿QUE ES UNA BATERIA?

Una batería es un dispositivo electroquímico el cual almacena energía en forma química (energía eléctrica), usando procedimientos electroquímicos, y posteriormente devuelve la energía almacenada casi en su totalidad, este ciclo se repite un determinado número de veces, ya que la vida de las baterías es finita.

La batería es un generador que no puede funcionar sin que se le haya suministrado electricidad previamente mediante un proceso denominado “carga”.

Cuando una batería se conecta a un circuito eléctrico, la energía química se trasforma en energía eléctrica.

Todas las baterías son similares en su construcción, están compuestas por un numero de celdas electroquímicas; cada una de estas celdas están compuestas, de un electrodo positivo y otro negativo además de un separador, todas las celdas están sumergidas en una solución electrolítica.

Se le suele denominar batería, puesto que, muchas veces, se conectan varios generadores en serie, para aumentar el voltaje suministrado.

¿COMO FUNCIONA UNA BATERIA?

La corriente eléctrica es un flujo de electrones que circula por un conductor; los electrones poseen carga negativa y se repelen entre ellos, pero es atraído por una carga positiva (protón).

Las baterías, por medio de una reacción química producen en un terminal una gran cantidad de electrones, lo que causa que ese terminal se cargue negativamente, siendo el electrodo negativo y en el otro terminal se produce una gran ausencia de electrones, siendo este el electrodo positivo y quedando cargado positivamente.

Si esta batería se conecta a un circuito (bombilla, radio, móvil), hará que por él pase una corriente de electrones que saldrá del terminal negativo y se dirigirá al terminal positivo, dando energía al dispositivo al que esté conectado.

El principio del acumulador está basado en algún tipo de proceso reversible, un proceso, cuyos componentes no resulten consumidos ni se pierdan, sino que meramente se transformen en otros, que a su vez puedan retornar al estado primero en las circunstancias adecuadas. Estas circunstancias son, en el caso de los acumuladores, el cierre del circuito externo, durante el proceso de descarga, y la aplicación de una corriente, igualmente externa, durante la carga.

TIPOS DE BATERIAS Y ACUMULADORES

Pila

El término pila, en castellano, denomina los generadores de electricidad no recargables. Tanto pila como batería son

términos provenientes de los primeros tiempos de la electricidad, en los que se juntaban varios elementos o celdas —

en el primer caso uno encima de otro, "apilados", y en el segundo, adosados lateralmente, "en batería", como se sigue

haciendo actualmente, para así aumentar la magnitud de los fenómenos eléctricos y poder estudiarlos

sistemáticamente. De esta explicación se desprende que cualquiera de los dos nombres serviría para cualquier tipo,

pero la costumbre ha fijado la distinción. Ahora también existen pilas recargables, que se pueden recargar y volver a

usar pero con un número limitado de veces.

Haremos una clasificación según su naturaleza interna.

Batería Alcalina

También llamada de ferroníquel, sus electrodos son laminas de acero en forma de rejilla con panales rellenos de oxido niqueloso (NI O), que constituyen el electrolito positivo y de óxido ferroso (Fe O), el negativo, estando formado el electrolito por una disolución de potasa cáustica (KOH).

Durante la carga se produce un proceso de oxidación anódica y otro de reducción catódica, transformándose el óxido niqueloso en niquélico y el óxido ferroso en hierro metálico. Esta reacción se produce en sentido inverso durante la descarga.

La pila seca lidera el mercado de las baterías primarias.

Las pilas alcalinas son similares a las pilas secas pero en vez de cloruro de amonio, llevan cloruro de sodio o de potasio, y tiene una vida más larga, porque el zinc no está expuesto a un ambiente acido como el que provocan los iones amonio en la pila convencional. Como los iones se mueven más fácilmente a través del electrolito, produce más potencia y una corriente más estable. Poseen una pequeña dificultad en el sellado de estas pilas contra las fugas de hidróxido, casi todas están blindadas, pero este sellado no dura eternamente.

Características de las celdas secas alcalinas

  1. El electrolito es básico (alcalino)

La superficie interior del recipiente de zinc es áspera, esto proporciona un área de contacto mayor

  1. Tiene una vida media bastante alta y resiste mejor el uso constante
  2. Tienen una vida bastante alta y resiste mejor el uso constante

El voltaje de una pila alcalina es cercano a 1,5v.

El ánodo está compuesto de una pasta de zinc amalgamado con mercurio, carbón o grafito.

Se utilizan para aparatos complejos y de elevado consumo energético, como por ejemplo, mandos a distancia, alarmas….etc.

Baterías de plomo

No admiten sobrecargas ni descargas, viendo seriamente disminuida su vida útil.

Voltaje proporcionado: 2v. Densidad de energía: 30w/kg

Baterías de níquel-cadmio(Ni-Cd)

Utilizan un cátodo de hidróxido de níquel y un ánodo de un compuesto de cadmio. El electrolito es de hidróxido de potasio.

Esta configuración de materiales permite recargar la batería una vez esta agotada, para su reutilización. Sin embargo, su densidad de energía es de tan solo 50w/kg, lo que hace que tenga poca capacidad. Admiten sobrecargas, se pueden seguir cargando cuando ya no admite más carga, aunque no la almacena. Admite un gran rango de temperaturas de funcionamiento.

Voltaje proporcionado: 1,2v. Densidad de energía: 50w/kg.

Baterías de iones de litio

Las baterías de iones de litio utilizan un ánodo de grafito y un cátodo de oxido de cobalto, trifilina (Li Fe PO4) u oxido de manganeso. Su desarrollo es más reciente y permite llegar a altas densidades de capacidad. No admite descargas, y sufren mucho cuando estas suceden, por lo que suelen llevar acoplada circuitería adicional para conocer el estado de la batería y, evitar así, tanto la carga excesiva, como la descarga completa. No admite bien los cambios de temperatura.

Voltaje proporcionado: 2v. Densidad de energía: 115w/kg.

Acumulador de plomo

Está constituido por dos electrodos de plomo. Cuando el aparato esta descargado, se encuentra en forma de sulfato de plomo incrustado en una matriz de plomo metálico, el electrolito es una disolución de acido sulfúrico.

Estos acumuladores se usan en aplicaciones como los automóviles.

Su funcionamiento es el siguiente:

En el proceso de carga inicial, el sulfato de plomo, es reducido a plomo metal en el polo negativo, mientras que en el ánodo se forma óxido de plomo. Se trata de un proceso de dismutación, no se libera hidrogeno, ya que la reducción de los protones a hidrogeno esta cinéticamente impedida en una superficie de plomo, reforzando los electrodos con pequeñas cantidades de plata, ya que si se desprendiese hidrogeno provocaría la lenta degradación del electrodo y acortaría la duración del acumulador.

Durante la descarga se invierten los procesos de la carga, el óxido de plomo es reducido a sulfato de plomo, mientras que el plomo es oxidado para dar sulfato de plomo.

Los electrones intercambiados en la oxidación-reducción se aprovechan en forma de corriente eléctrica por un circuito. Se trata de un proceso de conmutación.

Este proceso no puede repetirse indefinidamente, debido a que el sulfato de plomo forma cristales, cuando son muy grandes, el acumulador deja de funcionar perdiendo la reversibilidad que posee, se dice entonces que el acumulador se ha “sulfatado”. Utilizan un electrolito en pasta, que no se evapora y hace más segura y cómoda su utilización.

LAS BATERIAS COMO CONTAMINANTES

Las baterías contienen metales pesados y compuestos químicos perjudiciales para el medio ambiente. Es muy importante no tirarlas a la basura y llevarlas a un centro de

reciclado.

La liberación del mercuriocontenido en pilas ha ocurrido a consecuencia del uso de tres pilas:

Las de óxido de mercurio

Las de zinc-cadmio

Las alcalinas

Las de óxido de mercurio contienen un 33%de dicho metal siendo muy populares la de botón, que dejaron de producirse en 1995.

Las de zinc-cadmio y las alcalinas antes de 1990 se les agregaba mercurio para optimizar su funcionamiento, también el carbón que contiene, algunas veces, está contaminado con mercurio de manera natural.

La exposición continuada a este metal puede provocar diversas enfermedades como, ceguera, sordera, problemas de riñón y pulmón, cáncer, provoca vómitos y daños cerebrales, e incluso puede ser mortal, en las embarazadas se puede acumular en la placenta afectando al feto en la gestación.

El manganeso también ha sido liberado en gran volumen al medio ambiente por medio de las pilas alcalinas y las de zinc-cadmio que contienen óxido de manganeso.

Los efectos producidos por una exposición oral pueden causar daños neurológicos, llegando a inducir el suicidio.