Pilas y Baterías: Origen, Funcionamiento y Tipos

PILAS Y BATERÍAS
COBAEV 04
Contenido
Introducción ............................................................................................................. 2
¿Qué es una pila? ................................................................................................... 3
Origen de las pilas................................................................................................... 3
Funcionamiento de una pila .................................................................................... 4
Características de las pilas...................................................................................... 4
Tipos de pilas .......................................................................................................... 5
¿Qué es una batería? ............................................................................................. 6
Origen de la batería ................................................................................................. 6
Características de las baterías ................................................................................ 7
Funcionamiento de la batería .................................................................................. 8
Tipos de baterías..................................................................................................... 8
Referencias ............................................................................................................. 9
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Introducción
Una pila es un dispositivo que convierte energía química en energía eléctrica.
Es una manera práctica de almacenamiento de energía, puesto que no pierde
energía con el paso del tiempo, por lo cual es ampliamente utilizada, especialmente
en aparatos de uso doméstico.
Una batería es un dispositivo que convierte energía química en energía
eléctrica, pero perderá energía con el paso del tiempo si no se recarga. Pueden
tener uso doméstico e industrial.
Las pilas o baterías son dispositivos portátiles que permiten almacenar
energía y proveer corriente eléctrica de manera directa a cualquier artefacto que no
se encuentre conectado a una red eléctrica. Las pilas aprovechan los principios
básicos de la electroquímica, una rama de la química que estudia los cambios de
potenciales eléctricos de cada sustancia, para obtener un flujo de electrones a
través de un conductor y generar voltaje o energía eléctrica.
El funcionamiento básico, se basa en un flujo de electrones que van del
ánodo al cátodo a través del electrolito cuando se cierra el circuito. De esta manera,
se genera un voltaje que puede ser utilizado por cualquier aparato eléctrico.
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¿Qué es una pila?
Una pila es un generador primario de energía eléctrica, (genera energía por
sí mismo), compuesto por una celda electrolítica, dos electrodos metálicos (uno
positivo, llamado cátodo, y uno negativo, llamado ánodo) y un medio líquido o
pastoso llamado electrolito.
La energía almacenada en la pila no se pierde con el paso del tiempo; esa
es la razón por la cual se pueden guardar durante algunos años y, aun así, seguirán
funcionando. Sin embargo, sus componentes internos sí de degradan con el paso
del tiempo, haciendo la que la pila se deteriore y no se pueda utilizar.
Origen de las pilas
La primera pila fue creada por Alessandro Volta
en 1800 y se fue llamada pila voltaica. Aunque su
presentación distaba mucho de las pilas
industrializadas actuales, su creación permitió no
solo descubrir una forma de almacenamiento de
energía, sino también comprobar que, si se
conectaban varias pilas agrupadas en serie, era
posible aumentar la tensión a voluntad, lo que
constituyó un descubrimiento.
A raíz de la creación de Volta, surgieron muchos
experimentos, especialmente en Europa, para
mejorar dicha invención. Sin embargo, la que dio origen a la pila que conocemos
hoy en día es la pila Leclaché, fruto de la investigación de Georges Leclanché,
científico e ingeniero francés.
Esta pila, inventada en 1868, estaba compuesta por dos electrodos de cinc y carbón
sumergidos en una solución de cloruro amónico. Una pasta de dióxido de
manganeso rodeaba al electrodo de carbón, mientras que el polvo de carbón
actuaba como un despolarizante.
Con la pila Leclanché se descubrió una forma más eficiente de almacenar la
energía: las pilas secas. Consisten en un cilindro de cinc, que es el polo negativo,
una barra de carbón en el centro, que actúa como polo positivo, y un relleno
electrolítico. El cilindro se sella, con lo que se evitan fugas de compuestos tóxicos.
Hoy en día, las pilas secas se producen de forma industrial y son esenciales para el
funcionamiento de múltiples dispositivos de uso cotidiano.
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Funcionamiento de una pila
Los electrodos de la pila reaccionan a la pasta o gel del electrolito, lo cual
genera un proceso de oxidación en el ánodo (electrodo negativo) que activa la
producción de electrones. Por su parte, en el cátodo (electrodo positivo), se genera
un proceso de reducción que ocasiona un déficit de electrones.
Cuando los electrones sobrantes del electrodo negativo pasan al electrodo
positivo a través de un conductor externo, se genera corriente eléctrica.
Características de las pilas
Las pilas tienen una serie de características que influyen en la generación de
energía y en su duración.
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La conexión en serie de un conjunto de pilas permite multiplicar la tensión
eléctrica a voluntad.
La energía de una pila no es infinita, está limitada por el tamaño de los
electrones y la distancia entre ellos.
Las pilas están formadas por una fuente de tensión perfecta, lo que significa
que su resistencia interna es nula. A medida que la pila se va gastando o
deteriorando, la resistencia comienza a aumentar y a mayor resistencia,
menor tensión. Por lo tanto, la energía será cada vez más insuficiente.
Los componentes de una pila son sensibles a los cambios de temperatura,
de allí que temperaturas muy altas o muy bajas pueden incidir en el
funcionamiento del dispositivo.
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El voltaje de las pilas actuales oscila entre los 1,5 voltios (para una pila común
de bajo precio) y los 9 voltios.
Tipos de pilas
Según sus características electroquímicas, las pilas pueden ser comunes,
alcalinas o alcalinas de manganeso.
 Pilas comunes
Son las pilas secas compuestas por un cilindro de cinc (polo negativo), una pasta
electrolítica de cloruro de amonio y una barra de carbón en el centro (polo positivo).
Son las pilas más baratas del mercado, por lo que suelen estar incluidas en muchos
dispositivos nuevos.
 Pilas alcalinas
Son similares a las pilas comunes, exceptuando la pasta electrolítica que contiene
cloruro de potasio o sodio, el interior del cilindro de cinc, que es áspero. Esto sirve
para crear una mayor superficie de contacto.
Las pilas alcalinas duran más que una pila común y la corriente es más estable.
Además, funcionan a un rango de temperatura mayor que una pila común.
 Pilas alcalinas de manganeso
Son pilas alcalinas cuyo polo positivo está hecho de cinc o litio, mientras que el polo
negativo está compuesto de dióxido de manganeso u óxido de plata. Son muy
utilizadas en dispositivos de precisión, como relojes, marcapasos o calculadoras.
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¿Qué es una batería?
Una batería es un generador secundario de energía, compuesto por una o
más celdas electroquímicas. Cada una de estas celdas tiene sus electrodos positivo
y negativo y un electrolito.
Es un generador secundario porque requiere de un dispositivo primario para
transformar la energía. Las baterías también son conocidas como acumuladores.
Origen de la batería
Después de que Alessandro Volta inventara la pila voltaica en 1800, le
siguieron otros investigadores y científicos quienes trataron de mejorar lo que él
había demostrado.
Uno de ellos fue Gastón Planté, un científico francés que creó una batería de
plomo y ácido en 1860, que, si bien no fue bien recibida al principio, sí tuvo una gran
relevancia con el auge de la electricidad a finales del siglo XIX.
Fue justamente en esa época, en la que el científico sueco Waldermar
Jungner inventó una batería con electrodos de níquel y cadmio y electrolito de
hidróxido de potasio. Su modelo fue tan exitoso que se comenzó a producir y
comercializar en Estados Unidos a finales de la década de los cuarenta.
El inventor estadounidense Thomas Alva Edison, creador de la bombilla
incandescente, tomó la idea de Jungner y creó su propia batería, que se sigue
produciendo y comercializando actualmente.
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En la década de los setenta cuando se comenzaron a vender las primeras
baterías de litio, que hoy en día son muy populares debido a que se utilizan para el
funcionamiento de los autos eléctricos.
Características de las baterías
Las baterías tienen unas características en cuanto a su proceso de pérdida,
recarga y acumulación de energía.
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Una batería perderá su carga eléctrica de manera paulatina, sin importar si
se usa o no.
La pérdida de carga de una batería es un proceso reversible, lo que les da
una vida útil muy superior con respecto a las pilas.
Las baterías acumulan una carga eléctrica que se ha producido previamente
con un generador primario.
El voltaje de una batería oscila entre los 2 voltios (en las baterías de plomo)
hasta los 14,8 voltios en algunas baterías de polímero de litio.
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Funcionamiento de la batería
Las baterías funcionan con un proceso de reducción y oxidación, similar al
de una pila. En ese sentido, uno de los electrodos pierde electrones con la
oxidación, mientras que el otro electrodo se reduce y gana electrones.
En el caso de las baterías, este proceso puede revertirse aplicando corriente
eléctrica para hacer que el dispositivo vuelva a su estado original, iniciando un
nuevo ciclo de carga.
Tipos de baterías
En función de sus componentes químicos, las baterías pueden clasificarse en cuatro
tipos:
 Baterías de níquel-cadmio
El electrodo positivo es de hidróxido de níquel y el negativo de cadmio, mientras
que el electrolito es de hidróxido de potasio. Admiten voltajes altos y sobrecargas,
pero su densidad de energía es muy baja, aunado al hecho de que el cadmio es un
elemento altamente tóxico. Tienen uso doméstico e industrial.
 Baterías de níquel-hidruro metálico
Su electrodo negativo es de níquel y el positivo es de una aleación de hidruro
metálico. Su densidad de energía es mayor, pero no funcionan correctamente con
bajas temperaturas. Son las baterías utilizadas en los vehículos de propulsión
eléctrica.
 Baterías de iones de litio
Tienen un electrodo negativo de grafito, y un electrodo positivo de óxido de cobalto
u óxido de manganeso. Su desarrollo es reciente, tienen altas densidades de
energía y pueden ser recargadas sin necesidad de que estén completamente
descargadas. Sin embargo, no admiten cambios de temperatura.
Son el tipo de batería que utilizan los lectores de libros electrónicos y los móviles.
 Baterías de polímero-litio
Son similares a las baterías de iones de litio, pero con una densidad de energía
mayor. Son costosas y corren el riesgo de explotar por sobrecalentamiento.
Se utilizan en móviles y equipos fotográficos.
 Baterías de plomo-ácido
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Está compuesta por dos electrodos de plomo y un electrolito de disolución de ácido
sulfúrico. Al ser de plomo, son muy pesadas, y por lo tanto, imprácticas. Su vida útil
es limitada puesto que no soportan descargas o sobrecargas profundas, son
altamente contaminantes y su potencial de energía es muy bajo; de allí que sean
las más baratas del mercado.
Referencias
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2022, van https://www.comohacer.eu/como-funcionan-las-pilas/?amp
Balón, V. (2019, 2 juli). Cómo funciona una pila, explicación sencilla para mentes
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