Composición de las Baterías
Las baterías, esenciales en el mundo moderno, se componen de una variedad de materiales que definen su funcionalidad y rendimiento. Los materiales más comunes son plomo, níquel, zinc y litio. Esta composición química y material determina el tamaño, formato y rendimiento global de la batería.
Componentes Principales de una Batería
Una batería típica consta de los siguientes componentes:
Cátodo: Es el electrodo positivo que adquiere electrones del circuito externo y se reduce durante la reacción electroquímica. En las baterías de litio, los materiales del cátodo suelen ser LiCoO2 o LiMn2O4.
Ánodo: El electrodo negativo que libera electrones al circuito externo y se oxida durante la reacción. El grafito litado, LixC6, es un material de ánodo común.
Electrolito: Un medio que contiene iones y conduce electricidad a través del movimiento de estos. En las baterías de iones de litio, suele ser una sal de litio disuelta en solventes orgánicos.
Separador: Una membrana permeable que mantiene separados los electrodos para evitar cortocircuitos, permitiendo al mismo tiempo el transporte de iones.
Colectores de Corriente: Componentes responsables de transferir el flujo de electrones de los electrodos al circuito externo.
Tipos de Baterías
Existen varios tipos de baterías, cada una con procesos químicos y diseños diferentes:
Baterías de Celda Húmeda: Utilizan un electrolito líquido y son comunes en herramientas de aprendizaje de electroquímica.
Baterías de Celda Seca: Emplean un electrolito en pasta, lo que las hace aptas para equipos portátiles debido a que pueden operar en cualquier orientación sin derramar.
Funcionamiento Electroquímico de las Baterías
Las baterías convierten la energía química almacenada en energía eléctrica mediante un proceso electroquímico. Este proceso implica reacciones redox espontáneas en dos electrodos separados por un electrolito. Todas las baterías funcionan bajo el mismo principio de la reacción de oxidación-reducción.
Características de las Baterías Eléctricas
Para comprender la capacidad de cada batería, se consideran varios parámetros:
Voltaje de la Celda: Creado por la diferencia de potencial de los materiales en los electrodos.
Voltaje de Corte: El voltaje mínimo permitido, que generalmente define el estado «vacío» de la batería.
Capacidad: La cantidad total de amperios-hora disponibles cuando la batería se descarga a un cierto nivel.
Tasa de Autodescarga: Las baterías se autodescargan gradualmente incluso cuando no están conectadas.
Degradación: Ocurre en cada ciclo de carga-descarga debido a la migración del electrolito o la desvinculación del material activo de los electrodos.
Profundidad de Descarga: Mide cuánta energía se ha extraído de una batería, expresada como un porcentaje de la capacidad total.
Estado de Carga: La cantidad de carga en amperios-hora que queda en la batería.
Preguntas Frecuentes
¿Cuáles son las partes principales de una batería? Una batería típica necesita un ánodo, un cátodo, un electrolito y un separador para crear electricidad.
¿Por qué las baterías alcalinas (AAA o AA) son de 1.5V mientras que las recargables son de 1.2V? Esto se debe a sus diferentes químicas. Las celdas primarias disminuyen gradualmente en voltaje desde 1.5V, mientras que las secundarias operan de manera más uniforme a 1.2V.
¿Cuál es la diferencia entre las baterías de iones de litio y las de polímero de litio? Las baterías de polímero de litio usan un electrolito de gel de polímero de alta conductividad, evolucionando de las baterías de iones de litio y metal de litio.
