Como trabajan las baterías?

Usted recorre cada tienda en la web o en su centro comercial local buscando el regalo perfecto para dar un niño esta temporada de vacaciones. Apenas puedes esperar para ver la luz en sus ojos cuando conectan ese robot que camina y habla.

Oh, pero espera un segundo. Olvidaste las baterías.

Casi dos tercios de los compradores admitieron en una encuesta reciente que habían olvidado comprar las baterías necesarias para juguetes y otros regalos. Estos donantes corren el riesgo de ir de superhéroe a supercero al golpe de un interruptor.

Sabemos cómo sucede esto. Siempre puede encontrar baterías en los mostradores de salida durante las vacaciones, pero rara vez se ofrecen en un punto de venta en línea. Aunque todos los reconocemos, muy pocos de nosotros sabemos cómo ellas funcionan, por no mencionar los puntos positivos y negativos prácticos de las diversas químicas de la batería ahora en el mercado. Echemos un vistazo a cómo funcionan las baterías de manera que la próxima vez que estés comprando un dispositivo que utilice una batería, tal vez lo pensarás dos veces antes de realizar la compra.

Fundamentos de las baterías
Todas las baterías funcionan de la misma manera: aprovechando el hecho de que diferentes metales tienen potencial electroquímico diferente, dependiendo del número de electrones en su capa externa. Algunos son tomadores de electrones - ellos "quieren" más electrones - mientras que otros son donantes. Cuando dos metales con diferentes potenciales se colocan en un fluido o pasta conductiva y luego conectados por un alambre externo, se producen reacciones químicas que liberan electrones y los hacen fluir a través de ese alambre de los donadores a los tomadores, produciendo una corriente eléctrica.

Sin la conexión externa, no pasa nada, y es por esto que las baterías pueden durar años cuando no están en uso.

En las baterías primarias (desechables) el metal que libera electrones en una batería se denomina ánodo; El que los recibe, el cátodo. La sustancia conductora con la que reaccionan los dos metales para liberar los electrones se llama electrolito. Cualquier variación para mejorar el desempeño de la batería o satisfacer necesidades específicas implica cambios en el ánodo, cátodo o electrolito.
Los lectores que son químicos notarán que lo anterior es una sobre simplificación excesiva. Hay mucho más en la historia, pero cada batería en el mundo tiene al menos estos tres componentes.

Potencia Práctica
Se ha desarrollado una amplia variedad de baterías, pero cuando se trata de los conocidos AA y AAA que alimentan juguetes y aparatos domésticos, destacan cuatro variedades.

Cada uno presenta una química diferente, pero todos comparten el mismo diseño cilíndrico. Desde el exterior, parece que el cátodo y el ánodo están situados en ambos extremos, como en las baterías primitivas, pero de hecho, el cátodo es un cilindro envuelto alrededor del ánodo, los dos estando separados por el electrolito. La electricidad se conduce al contacto externo a través de un tubo central de carbono. El carbono es un buen conductor y resistente a la degradación química en el tiempo.

Las baterías de zinc/carbono datan de la década de 1860 y representan la tecnología más antigua aún fabricada. Al igual que la primera batería de Volta, tienen un cátodo de zinc. El ánodo es dióxido de manganeso, y el electrolito es cloruro de amonio. Estas baterías proporcionan la menor potencia de cualquier batería disponible, pero también son las menos costosas.

Baterías de "servicio pesado". Este nombre es incorrecto, porque estas baterías, aunque dos o tres veces más potentes que las de zinc/carbono, todavía están en el extremo inferior del espectro de energía y vida útil. La principal diferencia química entre la de zinc/carbono y las baterías de servicio pesado es el electrolito de servicio pesado: cloruro de zinc en lugar del cloruro de amonio.

Las baterías alcalinas, denominadas por su electrolito, son 500% a 700% más potentes que las de zinc/carbono y tienen una vida útil cuatro a nueve veces más larga. Aunque el uso de un electrolito alcalino, en lugar de un electrolito ácido, parecería ser su principal característica de diferenciación, el desempeño mejorado se atribuye generalmente a los refinamientos del ánodo y cátodo. El zinc del ánodo es pulverizado, lo que significa una mayor área superficial para reaccionar con el electrolito. El electrolito en sí, el dióxido de manganeso, como las baterías discutidas anteriormente, se dice que es más puro y más denso en las baterías alcalinas.

Las baterías de litio primarias ofrecen al menos el doble de energía (medida en voltios) que las baterías alcalinas. La clave de su mas alto desempeño es el uso de litio en lugar de zinc como cátodo. Los átomos de litio tienen sólo un electrón en su capa externa, lo que significa que su potencial electroquímico es muy alto en comparación con el zinc. Mientras que las baterías primarias aún tienen una gran cuota de mercado, las baterías secundarias (recargables) han crecido rápidamente debido a la introducción de dispositivos inteligentes y la electrificación de los vehículos. Hay un futuro brillante para las baterías de iones de litio y muchas innovaciones están teniendo lugar en este espacio.

Un futuro brillante
Las baterías son un foco muy caliente de la investigación e inversión. Los vehículos eléctricos (VEs) son uno de los catalizadores más importantes de la innovación, pero es probable que continúen apareciendo nuevas ofertas en muchas categorías. Por ahora, sin embargo, lo importante es que las baterías correctas aparezcan cuando alguien especial abre su regalo de vacaciones electrónico.

DuPont Media Center
22 Diciembre 2016