Acumulador eléctrico
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En electricidad y electrónica, un acumulador o batería de acumuladores es un dispositivo que almacena energía por procedimientos electroquímicos y de la que se puede disponer en forma de electricidad.
Es necesario distinguir entre baterías recargables o acumuladores y baterías desechables o pilas La diferencia entre ambos tipos está en que las baterías recargables permiten revertir la reacción química que se ha producido durante la descarga mediante la aplicación en sus electrodos de una corriente eléctrica de procedente de un generador externo.
En el caso de las pilas esta reversión no es posible por lo que una vez descargadas han de ser desechadas.
Los acumuladores se basan en la fuerza electromotriz (F.E.M.) de polarización que se crea durante un proceso de electrolisis y que se opone a la F.E.M. aplicada para llevar a cabo esa electrolisis.
Tipos de acumuladores
Aunque existen muy diversos tipos, en general un acumulador consta de dos electrodos, generalmente de distinto material, sumergidos en un electrolito. Podemos encontrar los siguientes tipos de acumuladores:
- Batería de plomo: Constituyen el tipo primitivo de acumulador. Estan constituidos por dos electrodos de plomo y el electrolito es una disolución de ácido sulfúrico. Este tipo de acumulador se sigue usando aún en muchas aplicaciones, entre ellas en los automóviles. Su funcionamiento es el siguiente:
- Durante el proceso de carga inicial en el polo positivo, se desprende oxigeno (O2), por lo que en un proceso de oxidación se forma peróxido de plomo (Pb O2), mientras que en el negativo, se desprende hidrógeno (H), por lo que si el electrodo tuviese algo de óxido, este sería reducido quedando finalmente como plomo metálico.
- Durante la descarga los átomos de plomo del electrodo negativo ceden dos electrones que a traves del circuito de descarga pasan al electrodo positivo, donde estos atraen los iones H+ del ácido sulfúrico del electrolito neutralizándolos y formando sulfato de plomo (SO4Pb). En el electrodo negativo los iones SO4- - reaccionan con el plomo formando también sulfato de plomo.
En la carga siguiente mediante la aplicación de una corriente eléctrica se realiza el intercambio electrónico inverso, restituyendo los electrodos a su primitivo estado de peróxido de plomo el positivo y plomo metálico el negativo.
No obstante, este proceso no se puede repetir indefinidamente porque cuando el sulfato de plomo forma cristales muy grandes estos ya no pueden ser modificados y se dice que el acumulador se ha sulfatado, por lo que debe ser sustituido.
- Batería alcalina: También denominada de ferroniquel, sus electrodos son láminas de acero en forma de rejilla con panales rellenos de óxido niqueloso (NiO) el electrodo positivo y de óxido ferroso (FeO) el negativo, estando formado el electrolito por una disolución de potasa cáustica (KOH). Durante la carga se produce un proceso de oxidación anódica y reducción catódica, tranformandose el óxido niqueloso en niquélico y el óxido ferroso en hierro metálico. Esta reacción se produce en sentido inverso durante la descarga.
- Baterías Níquel-Hidruro (Ni-H): Utilizan un ánodo de hidróxido de níquel y un cátodo de una aleación de metal-hidróxido. Cada célula de Ni-H puede proporcionar un voltaje de 1,2 V y una capacidad entre 0,8 y 2,3 Ah. Su densidad de energía llega a los 80 Wh/kg. Este tipo de baterías no se encuentran afectadas por el llamado efecto memoria: en el que en cada recarga se limita el voltaje o la capacidad (a causa de un tiempo largo, una alta temperatura, o una corriente elevada), imposibilitando el uso de toda su energía.
- Baterías Níquel-Cadmio (NiCd): Utilizan un ánodo de hidróxido de níquel y un cátodo de un compuesto de cadmio. El electrolito es de hidróxido de potasio. Esta configuración de materiales permite recargar la batería una vez está agotada para su reutilización. Cada célula de NiCd puede proporcionar un voltaje de 1,2 V y una capacidad entre 0,5 y 2,3 Ah. Sin embargo, su densidad de energía es de tan sólo 50 Wh/kg, lo que hace que tengan que ser recargadas cada poco tiempo. También se ven afectadas por el efecto memoria.
- Baterías Litio-Ión (Li-ion): Utilizan un ánodo de Litio y un cátodo de Ión. Su desarrollo es más reciente, y permite llegar a densidades del orden de 115 Wh/kg. Además, no sufren el efecto memoria.
- Pilas de combustible: funcionan con Hidrógeno, Metano o Metanol.
- Condensador de alta capacidad: Aunque no constituyen un acumulador electroquímico en la actualidad se están consiguiendo capacidades lo suficientemente altas para su uso como batería.
Parámetros de un acumulador
Puesto que son generadores de energía, las baterías tienen dos parámetros fundamentales a tener en cuenta: el voltaje y la capacidad utilizable.
- El voltaje depende del electrolito y de los electrodos utilizados, generalmente estará comprendida entre 1,2 y 2 voltios.
- La capacidad utilizable, medida en amperios-hora (3600 culombios, indican la cantidad de electricidad que puede producir en la descarga. A modo de ejemplo, 1 Ah indica que es posible obtener una intensidad de un amperio durante una hora (o dos amperios durante media hora) antes de que se agote la batería. Esta relación no es lineal, pues una corriente más elevada hace que se acorte la vida de la batería, mientras que una corriente más suave puede alargar la duración de la misma.
Las baterías como contaminantes
Como se ha visto, las baterías contienen metal pesado y compuestos químicos, muchos de ellos perjudiciales para el medio ambiente. Es muy importante no tirarlas a la basura (en la mayoria de los países eso no está permitido), y llevarlas a un centro de reciclado. Actualmente, la mayoría de los proveedores y tiendas especializadas también se hacen cargo de las baterías gastadas.