Dispositivos electroquímicos: Baterías, celdas de combustible y supercondensadores

Dispositivos electroquímicos

Dispositivos electroquímicos formados por electrolito (iones libres) donde insertan dos electrodos. Existe transporte de iones (en electrolito) de electrones (en electrodos). Dispositivos electroquímicos son tres: baterías, celdas de combustible y condensadores electroquímicos. En baterías y celdas de combustible hay reacción química entre el electrolito. Se transforma energía química en eléctrica. Baterías: (algunas de litio) sistemas cerrados, el material activo que produce las reacciones redox forma parte de los electrodos y el electrolito. Almacenamiento y conversión de energía se producen en el mismo compartimento. Se da corriente eléctrica a carga externa, la reacción química desgasta los electrodos. La batería se agota debido al desgaste. Celdas de combustible: sistemas abiertos, el material activo procede del exterior. Los electrodos y el electrolito sirven como catalizador (facilitan la reacción) o como medio de transporte de iones, no intervienen en la reacción, no se desgastan. Ej. Vehículos eléctricos de pila de combustible de hidrógeno, rendimiento 50-60%. Pila de combustible muy costosa y pesada. Almacenamiento y conversión de energía no es en el mismo compartimento. Supercondensadores: no transforman energía química en eléctrica. Iones del electrolito, bajo influencia de campo externo, se acumulan en dos interfaces electrodo/electrolito formando una doble capa eléctrica. Se consiguen así condensadores con capacidad muy elevada. La capacidad depende de los electrodos y el espesor dieléctrico, a mayor área y menor espesor, mayor capacidad. Baterías Primarias: No reversibles, ensambladas en estado de carga y se descargan hasta agotar, eficiencia muy mala. Baterías Secundarias: Reversibles, corriente en sentido opuesto a la descarga permite cargarlas otra vez. Densidad de energía volumétrica: cantidad de energía por unidad de volumen/peso - Densidad de potencia volumétrica: cantidad de potencia que es capaz de suministrar por unidad de volumen/peso. Capacidad de la Batería: indica cuánta carga puede almacenar, determinado por la cantidad de materia activa en contacto con los electrodos. Ciclo de vida: número de veces que puede cargarse la batería hasta que su capacidad se reduce a 80%. Autodescarga: % de descarga de la batería sin ninguna carga conectada a la capacidad (1 mes). Profundidad de descarga: % de descarga máxima en relación a la capacidad de la batería. Tipos de Baterías secundarias: Ácido-Plomo: primeras baterías secundarias, en 1859, grandes y pesadas, alta autodescarga y ciclo de vida reducido (ej. motor de coche), ARRANQUE (soporta grandes corrientes en breve periodo), TRACCIÓN (gran número de ciclos de carga, gran profundidad), ESTACIONARIAS (fiabilidad y baja autodescarga). Litio-Ion: tamaño 8 veces más pequeño y 20% más ligero. Autodescarga hasta 5%, esperanza hasta 1000 ciclos, ESTACIONARIAS. NiMH: ESTACIONARIAS. Circuito de Carga: cargan la batería con fuente de energía, tres formas: a corriente constante (CC), tensión constante (CV) y las dos (CCCV). Circuito de Seguridad: aseguran que no se sobrepase el límite de carga y descarga para evitar deterioro. Circuito de Supervisión: indica carga útil y su esperanza de vida. Formas de Cargar la Batería: CC: NiMH, NiCd. CV: Ácido-Plomo. CCCV: Li-Ion, Ácido-Plomo. ¿Detecta Sobrecarga? tensión en la batería o temperatura, NiCd temperatura +10 grados y/o baja tensión de 45mV. Un diodo Zener en paralelo con la batería limitaría su tensión de carga a la tensión Zener. ¿Detecta Sobredescarga? tensión de la batería, abre interruptor. Circuito de Supervisión: evalúa el estado de carga y salud de la batería, usar contador de carga, Estado es Cantidad de carga disponible respecto a la capacidad máxima. Estado Salud relación capacidad máxima de almacenamiento y capacidad nominal, indica degradación.