¿Qué es una batería y como funciona?

¿Qué es una batería?

La batería, pila o también conocido como acumulador es un dispositivo capaz de generar energía eléctrica que se utiliza para hacer funcionar dispositivos eléctricos y/o electrónicos tales como celulares, tables, juguetes, leds, motores de corriente directa, etc.

Una de las características principales de estos dispositivos eléctricos es que solo son capaces de generar corriente directa.

Batería

¿Cuál es la diferencia entre batería y pila? 

Estos términos provienen desde la invención del dispositivo capaz de generar energía eléctrica y no eran tan confusos como hoy en día, ya que todo dependía de la forma en que se colocaban los componentes ya sea en una pila uno sobre otro, o en forma de batería uno junto al otro. Se podría decir que en las baterías los dos polos se encuentran en la misma cara, mientras que en las pilas los encontramos en diferentes extremos.

Muchas veces se confunden estos dos términos, llamando así pilas a los dispositivos que no son recargables y baterías a lo que si lo son, pero en realidad esta forma de clasificarla esta dada en celdas primarias y celdas secundarias.

Batería

Celdas primarias

Son aquellas que solo pueden producir electricidad durante un solo ciclo ya que  la reacción química que sufren los polos no puede ser regenerada y por tanto una vez que termina su ciclo quedan inservibles, no pueden producir mas electricidad.

Celda primaria

Celdas secundarias  

Estas celdas son de una generación más moderna y se caracterizan por tener la capacidad de ser recargadas durante muchos ciclos para ser utilizadas nuevamente. Esto se debe a que el proceso químico que sufren los electrodos puede ser revertido a través de una inyección o recarga de electricidad.

Celda secundaria

Partes de una batería

A pesar de que las baterías pueden estar compuestas por diferentes materiales dependiendo de cada tipo, la estructura básica es la misma. Podemos encontrar elementos que son comunes y cada uno de estos tiene cumple una función especial.

Dentro de la construcción podemos encontrar diferentes celdas, cada una contiene dos polos (ánodo y cátodo) de diferentes materiales, un electrolito conductor y una carcasa.

Partes batería

En cuanto a los polos puede existir una pequeña confusión y esto se debe a que en las baterías lo polos son inversos de lo que normalmente se acostumbra, el ánodo es el polo negativo y el cátodo es el polo positivo, esto se debe a ánodo es el que genera las cargas negativas o electrones.

 

 




 

 

¿Cómo funciona una batería?

El funcionamiento de una batería se basa en una reacción electro-química llamada Redox (reducción – oxidación). Esta reacción a simples palabras trata de un intercambio de electrones entre dos polos, provocando un cambio en los estados de oxidación de los materiales.

Los dos polos están sumergidos en una solución electrolítica y cada uno reacciona de diferente forma:

    • Mientras que el ánodo o polo negativo reacciona en forma de oxidación (se oxida) debido a la liberación de electrones.
  • El cátodo o polo positivo sufre una reducción de oxidación (se reduce) debido a la ganancia de electrones.

Funcionamiento batería

Como bien sabemos esta liberación de electrones del polo negativo viaja hacia el polo positivo a través del circuito o aparato que sea conectado.

Cuando los polos llegan a su limite el cátodo queda cargado de electrones y reducido, mientras que el ánodo los pierde y queda oxidado. Este proceso se puede revertir a través de una fuente de energía externa, ya que el exceso de electrones viaja hacia el lado positivo de la batería y la falta de estos en el polo negativo los cubre la batería.

Las baterías tienen un tiempo de carga especifico establecido por los fabricantes para que los materiales no sobrepasen su estado natural.

Carga batería

En cuanto a las celdas primarias o pilas no recargables se utilizan otros tipo de materiales como el carbon y el zinc que no se puede revertir el proceso químico que sufren.

Tipos de pilas y baterías

Existen muchas maneras de clasificar estos dispositivos ya sea por su forma, si son secas o húmedas, sin son de celdas primarias (desechables) o de celdas secundarias  (recargables), etc.  En esta ocasión las clasificaremos por su tipo de celdas ya que las demás formas no son tan exactas, por ejemplo:

    • Las pilas o baterias húmedas se llaman así por que el electrolito que utilizan es liquido y los dos polos están sumergidos en este
  • Las secas utilizan un electrolito en forma de pasta lo suficientemente húmedo como para conducir electricidad, debido a que en estas baterías no existe la posibilidad de una fuga o derrame de liquido son las más utilizadas en la actualidad.

Seca y humeda

Baterías o pilas desechables (celdas primarias)

Estos dispositivos se caracterizan por tener una mayor duración de las otras  pero como característica principal solo pueden ser utilizadas durante un ciclo de descarga.

 

 




 

 

Zinc – Carbono

Estas son las más antiguas y más baratas, por consecuencia almacenan una menor cantidad de energía y como resultado duran menos que las alcalinas, se pueden utilizar prácticamente en cualquier aparato electrónico como juguetes, radios, controles, relojes, etc.

batería carbón

Alcalinas 

Esta baterías están blindadas para evitar derrames, son de larga duración y su aplicaciones están dadas en componentes electrónicos como: juguetes, radios, linternas, cámaras, relojes, etc. Dentro de este tipo podemos encontrar una clasificación por su tamaño: 
Baterías alcalinas

Dentro de este tipo de pilas podemos encontrar diferentes modelos que son clasificados por su tamaño, podemos encontrar desde las mas comunes que son: AA, AAA, C, D y de 9v, aun que también existen pilas para usos especiales como son: J, N, A23, 21-23, AAAA, etc.

Tipos pilas

De botón 

Dentro de estas podemos encontrar las de oxido de plata y las de oxido de mercurio.

Con respecto a la de oxido de mercurio se deben tratar con mucha precaución ya que son las más tóxicas por su contenido de 30% de mercurio. Sus aplicaciones se basan en instrumentos de precisión, calculadoras, relojes, aparatos para la sordera etc.

Oxido de plata

Baterías o pilas recargables (celdas secundarias)

Plomo – Ácido 

Podemos encontrar dos tipos diferentes:

  • Las VLA donde los electrodos se encuentran sumergidos en exceso de electrolito liquido
  • Las VRLA donde el electrolito se encuentra inmovilizado en un separador absorbente o en un gel

Este tipo de batería por lo regular esta compuesto por seis celdas conectadas en serie lo que equivale a un aproximado de 12v y se utiliza principalmente en la automoción como batería de arranque de motores, ya sea en automóviles, molinetes, hélices de proa, etc.

plomo acido

Níquel

Fueron creadas principalmente para remplazar a las baterías de plomo y acido, se caracterizan por tener la mitad del peso con respecto a las de plomo, podemos encontrar algunas variaciones de materiales cada una con diferentes características:

    • Níquel -Hierro (Ni-Fe) Son muy comunes en la vida cotidiana ya que se utilizan en juguetes, radios, cámaras fotográficas , etc.
    • Níquel – Cadmio (Ni-Cd) Se fabrican de diferentes formas y tamaños, practicante son de las mas utilizadas, ya que se pueden utilizar en celulares, portátiles, equipo electrónico portátil, juguetes, etc.
  • Níquel – Hidruro  metálico (Ni-MH) Prácticamente son las de nueva generación,  ya que tienen la capacidad de generar un 50% mas de energía y sus posibles usos están dados en vehículos de propulsión eléctrica, hibridos y dispositivos electrónicos portátiles.

Niquel

Litio

Estas baterías son las de mayor rendimiento, ya que siendo comparadas con las de plomo pueden generar 6 veces más energía utilizando el mismo tamaño de batería. Estas son utilizadas en los dispositivos electrónicos de uso constante como lo son las tables, los portátiles, smartphones. Debido a sus rendimiento, sus dimensiones y su peso.

Dentro de esta categoría podemos encontrar las de:

    • Iones de litio (Li-ion) Tienen una alta densidad energética, tienen un bajo efecto de memoria y debido a su gran capacidad energética y reducido peso se utilizan en dispositivos electrónicos portátiles.
  • Polímero de litio (Li-Po) Estas son utilizadas en aplicaciones que requieren mas de 1A, un peso y tamaño reducidos

litio

Grafeno

Este tipo de baterías son la promesa de un futuro cercano ya que prometen una mayor duración, ser mas baratas y tener mucho mayor durabilidad. Cabe mencionar que este tipo de baterías aun se encuentra en desarrollo.

 

 




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0 comentarios sobre “¿Qué es una batería y como funciona?

  • el 22 octubre, 2019 a las 6:40 pm
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    Estoy siguiendo vuestras publicaciones, que considero muy buenas para los que «quemamos estaño día a día».
    Solamente no estoy de acuerdo con el desarrollo o interpretación que hicieron respecto a las baterías de plomo – ácido recargables. Obviaron la explicación de cómo se produce (dentro de la batería) la circulación de electrones a través del electrolito; lo cual aprendí en un antiguo libro de electricidad del Ingeniero Agustín Riú.- Se que es un tema polémico y que tal vez el autor de esta nota quizo simplificar. Saludos, Miguel

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