Pila y batería


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.

Pila Batería
Definición Dispositivo de generación y almacenamiento de energía con una celda electrolítica. Dispositivo de generación de energía con una o más celdas electrolíticas.
Tipo Primario. Secundario.
Almacenamiento de energía Sí. No.
Cantidad de energía Limitada por el tamaño del dispositivo. Limitada por la cantidad de cargas en su vida útil.
Voltaje Desde 1,5 v hasta 9 v. Desde los 2 v hasta los 14,8 v.
Tipos
  • Comunes.
  • Alcalinas.
  • Alcalinas de manganeso.
  • Baterías de níquel-cadmio.
  • Baterías de níquel-hidruro metálico.
  • Baterías de iones de litio.
  • Baterías de polímero-litio.
  • Baterías de plomo ácido.
Aplicaciones Pilas para linternas, juguetes, marcapasos, calculadoras. Baterías para autos, móviles, autos eléctricos.

¿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 aún 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.

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.

  • 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.
  • 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.

¿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.

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 una características en cuanto a su proceso de pérdida, recarga y acumulación de energía.

  • 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.

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

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.

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