Mundo de la batería - parte 3

La historia de las baterías modernas comienza en el siglo XIX y la mayoría de los diseños que se utilizan hoy en día se originan en este siglo. Esta situación atestigua, por un lado, las excelentes ideas de los científicos de la época y, por otro lado, las dificultades que surgen en el desarrollo de nuevos modelos.

Pocas cosas son tan buenas que no se pueden mejorar. Esta regla también se aplica a las baterías: los modelos del siglo XIX se refinaron muchas veces hasta que adquirieron su forma actual. Esto también se aplica a células de Leclanche.

Enlace para mejorar

El diseño del químico francés ha sido cambiado. Carlos Gasner en un modelo realmente útil: barato de fabricar y seguro de usar. Sin embargo, todavía había problemas: el revestimiento de zinc del elemento se corroía al entrar en contacto con el electrolito ácido que llenaba el recipiente, y las salpicaduras de contenido agresivo podían desactivar el dispositivo alimentado. La decisión se convirtió amalgamación la superficie interna del cuerpo de zinc (recubrimiento de mercurio).

La amalgama de zinc prácticamente no reacciona con los ácidos, pero conserva todas las propiedades electroquímicas del metal puro. Sin embargo, debido a las regulaciones ambientales, este método de prolongar la vida útil de las celdas se usa cada vez menos (en las celdas sin mercurio, puede encontrar la inscripción o) (1).

2. Disposición de la celda alcalina: 1) caja (cátodo de plomo), 2) cátodo que contiene dióxido de manganeso, 3) electrodo separador, 4) ánodo que contiene KOH y polvo de zinc, 5) terminal de ánodo, 6) sellado de celda (electrodo aislante) . .

Otra forma de aumentar la longevidad y la vida de las células es agregar cloruro de zinc ZnCl₂ para pasta de llenado de vasos. Las celdas de este diseño a menudo se denominan Heavy Duty y (como su nombre indica) están diseñadas para alimentar dispositivos que consumen más energía.

Un gran avance en el campo de las pilas desechables fue la construcción en 1955 de celda alcalina. invento de un ingeniero canadiense luis urry, utilizada por la actual empresa Energizer, tiene una estructura ligeramente diferente a la de la celda Leclanchet.

Primero, no encontrará un cátodo de grafito o una copa de zinc allí. Ambos electrodos están hechos en forma de pastas separadas húmedas (espesantes más reactivos: el cátodo consiste en una mezcla de dióxido de manganeso y grafito, el ánodo de polvo de zinc con una mezcla de hidróxido de potasio), y sus terminales están hechos de metal ( 2). Sin embargo, las reacciones que ocurren durante la operación son muy similares a las que ocurren en la celda de Leclanchet.

Tarea Realice una "autopsia química" en una celda alcalina para descubrir que el contenido es realmente alcalino (3). Recuerde que las mismas precauciones se aplican al desmantelamiento de la celda de Leclanchet. Consulte el campo Código de batería para saber cómo identificar una celda alcalina.

3. "Sección" de la celda alcalina confirma el contenido de álcali.

Pilas caseras

4. Baterías domésticas Ni-MH y Ni-Cd.

Las celdas que se pueden recargar después de su uso han sido el objetivo de los diseñadores desde el comienzo del desarrollo de la ciencia de la electricidad, de ahí los muchos tipos de ellas.

Actualmente, uno de los modelos utilizados para alimentar pequeños electrodomésticos son baterías de níquel-cadmio. Su prototipo apareció en 1899 cuando lo hizo un inventor sueco. Ernst Jungner solicitó una patente para una batería de níquel-cadmio que podría competir con las baterías que ya se utilizan ampliamente en la industria automotriz. Batería de ácido sólido.

El ánodo de la celda es cadmio, el cátodo es un compuesto de níquel trivalente, el electrolito es una solución de hidróxido de potasio (en los diseños modernos "secos", una pasta húmeda de espesantes saturados con una solución de KOH). Las baterías de Ni-Cd (esta es su designación) tienen un voltaje de funcionamiento de aproximadamente 1,2 V; esto es menos que el de las celdas desechables, lo que, sin embargo, no es un problema para la mayoría de las aplicaciones. La gran ventaja es la capacidad de consumir una corriente significativa (incluso unos pocos amperios) y una amplia gama de temperaturas de funcionamiento.

5. Verifique los requisitos para diferentes tipos de baterías antes de cargarlas.

La desventaja de las baterías de níquel-cadmio es un molesto "efecto de memoria". Esto ocurre cuando se recargan con frecuencia baterías de Ni-Cd parcialmente descargadas: el sistema se comporta como si su capacidad fuera solo igual a la carga repuesta al recargar. En algunos tipos de cargadores, el "efecto memoria" se puede reducir cargando las celdas en un modo especial.

Por lo tanto, las baterías de níquel-cadmio descargadas deben cargarse en un ciclo completo: primero completamente descargadas (utilizando la función de cargador adecuada) y luego recargadas. La recarga frecuente también reduce la vida útil estimada de 1000 a 1500 ciclos (que muchas celdas desechables serán reemplazadas por una sola batería durante su vida útil, por lo que el mayor costo de compra se pagará por sí mismo muchas veces, sin mencionar mucho menos tensión en la batería ). medio ambiente con la producción y eliminación de células).

Se han reemplazado los elementos de Ni-Cd que contienen cadmio tóxico. baterías de hidruro de níquel-metal (designación Ni-MH). Su estructura es similar a las baterías de Ni-Cd, pero en lugar de cadmio, se utiliza una aleación de metal poroso (Ti, V, Cr, Fe, Ni, Zr, metales de tierras raras) con capacidad de absorber hidrógeno (4). El voltaje de funcionamiento de la celda de Ni-MH también es de aproximadamente 1,2 V, lo que permite que se utilicen indistintamente con las baterías de NiCd. La capacidad de las celdas de hidruro metálico de níquel es mayor que la de las celdas de níquel cadmio del mismo tamaño. Sin embargo, los sistemas de NiMH se autodescargan más rápido. Ya existen diseños modernos que no tienen este inconveniente, pero cuestan mucho más que los modelos estándar.

Las baterías de hidruro metálico de níquel no presentan un "efecto memoria" (las celdas parcialmente descargadas se pueden recargar). No obstante, siempre es necesario comprobar los requisitos de carga de cada tipo en las instrucciones del cargador (5).

En el caso de baterías Ni-Cd y Ni-MH, no recomendamos desmontarlas. Primero, no encontraremos nada útil en ellos. En segundo lugar, el níquel y el cadmio no son elementos seguros. No se arriesgue innecesariamente y deje la disposición a profesionales capacitados.

El rey de los acumuladores, eso es...

6. "Rey de las pilas" en el trabajo.

… Batería de ácido sólido, construido en 1859 por un físico francés Gastón Plantego (¡sí, sí, el dispositivo cumplirá 161 años este año!). El electrolito de la batería es una solución de ácido sulfúrico (VI) al 37 % aproximadamente, y los electrodos son de plomo (ánodo) y están recubiertos de plomo con una capa de dióxido de plomo PbO.₂ (cátodo). Durante el funcionamiento, se forma un precipitado de sulfato de plomo(II)(II)PbSO en los electrodos₄. Al cargar, una celda tiene un voltaje de más de 2 voltios.

batería de plomo en realidad tiene todas las desventajas: peso significativo, sensibilidad a la descarga y las bajas temperaturas, la necesidad de almacenar en un estado cargado, el riesgo de fuga agresiva de electrolitos y el uso de metales tóxicos. Además, requiere un manejo cuidadoso: verificar la densidad del electrolito, agregar agua a las cámaras (usar solo destilada o desionizada), control de tensión (caer por debajo de 1,8 V en una cámara puede dañar los electrodos) y un modo de carga especial.

Entonces, ¿por qué la estructura antigua todavía está en uso? El "Rey de los acumuladores" tiene lo que es un atributo de un gobernante real: el poder. El alto consumo de corriente y la alta eficiencia energética de hasta el 75% (esta cantidad de energía utilizada para la carga se puede recuperar durante el funcionamiento), así como el diseño simple y el bajo costo de producción, hacen que batería de plomo Se utiliza no solo para arrancar motores de combustión interna, sino también como elemento de suministro de energía de emergencia. A pesar de 160 años de historia, la batería de plomo sigue funcionando bien y no ha sido suplantada por otro tipo de estos dispositivos (y con ella, el propio plomo que, gracias a la batería, es uno de los metales producidos en mayor cantidad) . Mientras siga desarrollándose la motorización basada en motores de combustión interna, no es probable que su posición se vea amenazada (6).

Los inventores no dejaron de intentar crear un reemplazo para la batería de plomo-ácido. Algunos de los modelos se hicieron populares y todavía se usan en la industria automotriz en la actualidad. A la vuelta de los siglos XIX y XX, se crearon diseños en los que no se utilizó la solución H.₂SO₄pero electrolitos alcalinos. Un ejemplo es la batería de níquel-cadmio de Ernst Jungner que se muestra arriba. en 1901 Thomas Alva Edison cambió el diseño para usar hierro en lugar de cadmio. En comparación con las pilas ácidas, las pilas alcalinas son mucho más ligeras, pueden funcionar a bajas temperaturas y no son tan difíciles de manejar. Sin embargo, su producción es más cara y la eficiencia energética es menor.

Y luego que?

Por supuesto, los artículos sobre baterías no agotan las preguntas. No discuten, por ejemplo, las celdas de litio, que también se usan comúnmente para alimentar electrodomésticos como calculadoras o placas base de computadora. Puede obtener más información sobre ellos en el artículo de enero sobre el Premio Nobel de Química del año pasado y sobre la parte práctica: en un mes (incluida la demolición y la experiencia).

Hay buenas perspectivas para las células, especialmente para las baterías. El mundo es cada vez más móvil, lo que significa la necesidad de independizarse de los cables de alimentación. Garantizar un suministro de energía eficiente para los vehículos eléctricos también es un gran problema. - para que puedan competir con los coches con motor de combustión interna también en términos de eficiencia.

batería del acumulador

Para facilitar la identificación del tipo de célula, se ha introducido un código alfanumérico especial. Para los tipos más habituales en nuestros hogares para pequeños electrodomésticos, tiene la forma número-letra-letra-número.

Y si

- el primer dígito es el número de celdas; ignorado para celdas individuales;

– la primera letra indica el tipo de celda. Cuando falta, se trata del enlace de Leclanche. Otros tipos de células se etiquetan de la siguiente manera:

C – pila de litio (el tipo más común),

H – batería de NiMH,

K – batería de níquel-cadmio,

L – pila alcalina;

- la siguiente letra indica la forma del enlace:

F - lámina,

R - cilíndrico,

P - la designación general de los eslabones que tengan una forma distinta de la cilíndrica;

– la cifra o cifras finales indican el tamaño del enlace (valores de catálogo o indicando directamente las dimensiones) (7).

7. Dimensiones de pilas y baterías populares.

Ejemplos de marcado:

R03
- una celda de zinc-grafito del tamaño de un dedo meñique. Otra designación es AAA o.

LR6 - una celda alcalina del tamaño de un dedo. Otra designación es AA o.

HR14 – Batería Ni-MH; la letra C también se usa para indicar el tamaño.

KR20 – Batería de Ni-Cd, cuyo tamaño también está marcado con la letra D.

3LR12 – una batería descargada con una tensión de 4,5 V, compuesta por tres pilas alcalinas cilíndricas.

6F22 - Batería de 9 voltios, compuesta por seis celdas planas Leclanchet.

CR2032 – pila de litio de 20 mm de diámetro y 3,2 mm de espesor.

Ver también: