Electroquímica y Baterías: Fundamentos y Aplicaciones en ISFTV

La electroquímica es la rama de la química que estudia la relación entre la electricidad y los fenómenos químicos. En el contexto de las baterías eléctricas para ISFTV, es crucial entender la electroquímica como un proceso reversible. Este proceso involucra reacciones químicas que producen electricidad y, a la inversa, el efecto de la electricidad al circular por los electrolitos.

Principios de la Fisicoquímica Moderna

La fisicoquímica moderna aborda los principios y leyes que rigen el comportamiento de la electricidad al desplazarse por conductores de segunda clase, así como las reacciones secundarias en disoluciones electrolíticas. El agua pura, aunque químicamente pura, es un aislante con alta resistividad. Sin embargo, al absorber gases de la atmósfera, su resistividad disminuye significativamente. La resistividad de los líquidos es generalmente mayor que la de los sólidos, pero disminuye al aumentar la temperatura, mostrando un coeficiente de temperatura negativo a temperaturas superiores a la ambiente. Las disoluciones de ácidos y sales metálicas son líquidos conductores.

Electrólisis

La electrólisis es el proceso electroquímico mediante el cual los conductores líquidos se descomponen químicamente al ser atravesados por una corriente eléctrica.

Reversibilidad Electroquímica

La reversibilidad electroquímica distingue las baterías primarias (pilas), que no son recargables, de las baterías secundarias (acumuladores), que admiten múltiples ciclos de carga y descarga, ofreciendo una mayor duración y capacidad.

Primera Batería Recargable

Planté (1866) construyó la primera batería recargable de plomo-ácido, precursora del acumulador o batería secundaria actual. Junto con el acumulador de níquel-cadmio (Junger, 1900), son ejemplos clave. Es importante diferenciar las baterías de arranque para vehículos de las baterías estacionarias usadas en ISFTV. Aunque comparten componentes, sus prestaciones eléctricas son distintas: las de tracción requieren gran resistencia a ciclos profundos de carga-descarga, mientras que las de ISFTV necesitan mucha autonomía.

Autodescarga

La autodescarga es la pérdida de capacidad de la batería almacenada en circuito abierto, causada por la acción de las pilas locales en las placas. La regeneración del electrolito aumenta su densidad, lo cual se utiliza como indicador de carga de la batería.

Reacción de Oxidación-Reducción en un Acumulador de Plomo-Ácido

Inicialmente, la batería se almacena inactiva. Al instalarla, se añade el electrolito proporcionado por el fabricante, activándola según el manual. En el estado inicial de carga, las placas son de color marrón (placa positiva de peróxido de plomo) y gris (placa negativa de plomo). Durante la carga, se recupera la composición química inicial del electrolito, y el agua se descompone por electrólisis en hidrógeno y oxígeno, causando ebullición. El ácido sulfúrico generado tiene mayor densidad que el de la descarga. Al inicio de la carga, el ácido sulfúrico se deposita en el fondo, y solo cuando hay muchos gases se produce la agitación que homogeneiza la densidad. Durante la descarga, parte del plomo y peróxido de plomo se transforma en sulfato de plomo, disminuyendo la concentración de ácido sulfúrico y formando agua, lo que reduce la densidad del electrolito.