Clasificación y Funcionamiento de Celdas Electroquímicas y Acumuladores

Fundamentos de Electroquímica: Tipos de Pilas y Acumuladores

Las celdas electroquímicas son dispositivos que convierten energía química en energía eléctrica (pilas galvánicas) o viceversa (celdas electrolíticas).

Tipos de Pilas Primarias (No Recargables)

Pila Leclanché o Seca

Se conoce como pila seca porque no contiene ningún líquido libre. Ofrece un voltaje de 1,5 V y es muy económica. El ánodo lo compone un electrodo de cinc (Zn), y el cátodo, un electrodo de grafito inerte.

Pila Alcalina

Es una mejora de la pila Leclanché, utilizando hidróxido de sodio (NaOH) o hidróxido de potasio (KOH) en lugar de cloruro de amonio ($NH_4Cl$). Estas pilas duran y mantienen un voltaje constante durante más tiempo. Ofrecen hasta un 50% más de energía debido a que el KOH es un electrolito con mejor conductividad.

Pila de Mercurio

No son recargables. Poseen una vida útil larga, buena capacidad de almacenar energía y un voltaje de 1,35 V, todo ello en un tamaño pequeño.

Pila de Litio-Yodo

Esta pila revolucionó la historia del marcapasos cardíaco, donde el mayor inconveniente era conseguir una fuente de energía fiable. Ofrece un voltaje de 2,8 V y pesa menos de 20 gramos. No emite gases, evitando así que el paciente tenga que ser sometido a frecuentes cirugías para el reemplazo del marcapasos.

Acumuladores y Pilas Secundarias (Recargables)

Pila de Níquel-Cadmio (Ni-Cd)

Pila recargable, con un voltaje constante de 1,4 V. Las reacciones electroquímicas se revierten cuando la batería se recarga conectándola a una fuente externa de voltaje. Son costosas y presentan el inconveniente de la contaminación producida por el cadmio, un metal tóxico.

Acumulador o Batería de Plomo

Estas baterías ofrecen la ventaja de producir una corriente eléctrica elevada en un corto periodo y son recargables. Sus desventajas incluyen un peso elevado y la contención de ácido sulfúrico, que produce vapores tóxicos y corrosivos, presentando un riesgo en caso de fuga.

La batería de 12 V usada en automóviles está formada por seis compartimentos, donde cada compartimento actúa como una celda individual.

La batería proporciona la energía necesaria para arrancar el vehículo y se descarga parcialmente. Sin embargo, una vez que el automóvil se pone en movimiento, la batería se recarga constantemente mediante un alternador.

Pila de Combustible

Funciona a través de la reacción de formación del agua a partir de oxígeno e hidrógeno, siendo una reacción redox (reducción-oxidación).

Una gran ventaja de la pila de combustible es su funcionamiento continuo y la producción de agua como subproducto, lo cual no contamina el medio ambiente. Otra ventaja es que son menos pesadas que las baterías de plomo. Su principal desventaja reside en su elevado coste.

Procesos Electroquímicos Fundamentales

Electrólisis

Es el proceso mediante el cual se utiliza el paso de la corriente eléctrica a través de una disolución o de un electrolito fundido para producir una reacción redox no espontánea.

Componentes y Roles en la Celda Electrolítica

• Generador de Corriente Continua (CC): Proporciona la fuerza electromotriz (FEM) que debe ser continua y con voltaje suficiente para que tenga lugar el proceso. Está unido a los electrodos a través de un hilo metálico. Este generador no crea ni destruye electrones; tan solo proporciona la energía necesaria para transportarlos desde el ánodo al cátodo.
• Ánodo: Se produce la oxidación (Polo Positivo en celdas electrolíticas).
• Cátodo: Se produce la reducción (Polo Negativo en celdas electrolíticas).

Recubrimientos Metálicos (Galvanoplastia)

Depósitos Electrolíticos

Este proceso consiste en realizar un baño de un metal sobre otro metal (generalmente más barato) mediante electrólisis. Tiene fines decorativos (ejemplo: cromo, cadmio o níquel) o protectores.

Procedimiento Básico

El procedimiento consiste en utilizar como cátodo de la cuba electrolítica el objeto a recubrir. Algunos plásticos también pueden ser bañados, pero para ello primero deben ser recubiertos con polvo de carbono o grafito para que puedan conducir la electricidad.