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Electrolitos en Baterías: Una Visión General

Los electrolitos son medios que contienen iones capaces de conducir electricidad a través del movimiento de dichos iones. En las baterías, el electrolito puede ser una solución líquida o una sustancia similar a un gel, dependiendo del tipo de batería. Su selección es crucial para el rendimiento y la seguridad de la batería. En las baterías de ion de litio, comúnmente se utiliza una sal de litio disuelta en solventes orgánicos. Un electrolito eficaz debe presentar baja reactividad con otros componentes de la celda, alta conductividad iónica, baja toxicidad, un amplio rango de estabilidad de voltaje electroquímico (0-5V) y estabilidad térmica.

Composición de las Baterías

Las baterías se componen de una variedad de materiales, lo que resulta en diferentes capacidades y comportamientos. Los materiales más comunes incluyen plomo, níquel, zinc y litio, cada uno con diferentes rendimientos y aplicaciones específicas. Existen varios tipos de celdas electroquímicas como células galvánicas, células electrolíticas, células de combustible, células de flujo y pilas voltaicas. Las baterías húmedas utilizan un electrolito líquido y son conocidas como células inundadas o ventiladas. Por otro lado, las baterías secas utilizan un electrolito en forma de pasta, lo cual permite su operación en cualquier orientación sin riesgo de derrames.

Componentes Clave de las Baterías

• Cátodo: En las baterías de litio, los materiales del cátodo suelen ser LiCoO₂ o LiMn₂O₄. Es esencial que el cátodo pueda albergar una gran cantidad de litio sin cambios significativos en su estructura, además de ser química y electroquímicamente estable con el electrolito, un buen conductor eléctrico y difusor de iones de litio y de bajo costo.
• Ánodo: Un material común para el ánodo es el grafito litiano, LixC₆, que consta de láminas de grafito intercaladas con litio. Se investigan nuevos materiales basados en silicio y otras mezclas elementales.
• Electrolito: Es fundamental en todas las baterías por su papel en la conducción de iones. El electrolito de las baterías de ion de litio es típicamente una sal de litio disuelta en solventes orgánicos.
• Separador: Es una membrana permeable que se coloca entre el ánodo y el cátodo para evitar cortocircuitos eléctricos, permitiendo al mismo tiempo el transporte de portadores de carga iónicos necesarios para completar el circuito durante la operación de la celda electroquímica.
• Colectores de Corriente: Son componentes que transfieren el flujo de electrones de los electrodos a un circuito externo. Los colectores de corriente deben poseer una alta conductividad eléctrica y estabilidad química.

Batería Alcalina: Estructura y Componentes

La batería alcalina consta de cinco partes principales:

• Colector de Corriente Interno (Pin): Transfiere electrones desde el ánodo al circuito externo.
• Ánodo: El material activo en el ánodo es Zn, con un potencial estándar de electrodo de −0.76 voltios.
• Separador: Membrana permeable que separa los electrodos, como una tela no tejida y fibrosa.
• Cátodo: El material activo del cátodo es dióxido de manganeso, MnO₂.
• Electrolito: Hidróxido de potasio acuoso utilizado en baterías alcalinas.
• Colector de Corriente Externo (Can): Encierra los componentes internos de la batería.