¿Que son y cómo funcionan las pilas?

¿Que son y cómo funcionan las pilas?

Cómo funcionan las baterías de iones de litio

Una batería de iones de litio (Li-ion) es una tecnología avanzada de baterías que utiliza iones de litio como componente clave de su electroquímica. Durante un ciclo de descarga, los átomos de litio del ánodo se ionizan y se separan de sus electrones. Los iones de litio salen del ánodo y atraviesan el electrolito hasta llegar al cátodo, donde se recombinan con sus electrones y se neutralizan eléctricamente. Los iones de litio son lo suficientemente pequeños como para poder moverse a través de un separador micropermeable entre el ánodo y el cátodo. En parte debido al pequeño tamaño del litio (sólo superado por el hidrógeno y el helio), las baterías de iones de litio son capaces de tener un voltaje y un almacenamiento de carga muy altos por unidad de masa y de volumen.

Las baterías de iones de litio pueden utilizar diferentes materiales como electrodos. La combinación más común es la de óxido de cobalto de litio (cátodo) y grafito (ánodo), que es la que se encuentra más comúnmente en los dispositivos electrónicos portátiles, como los teléfonos móviles y los ordenadores portátiles. Otros materiales del cátodo son el óxido de manganeso de litio (utilizado en los automóviles eléctricos e híbridos) y el fosfato de hierro de litio. Las baterías de iones de litio suelen utilizar éter (una clase de compuestos orgánicos) como electrolito.

Capacidad de una batería

Una pila de iones de litio es un tipo de pila recargable que se carga y descarga mediante el movimiento de iones de litio entre los electrodos negativo (ánodo) y positivo (cátodo). (Por lo general, las baterías que pueden cargarse y descargarse repetidamente se denominan baterías secundarias, mientras que las baterías desechables se llaman baterías primarias). Dado que las baterías de iones de litio son adecuadas para almacenar energía de gran capacidad, se utilizan en una amplia gama de aplicaciones, incluyendo la electrónica de consumo, como los teléfonos inteligentes y los ordenadores, los robots industriales, los equipos de producción y los automóviles.

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Las baterías de iones de litio se dividen en varios tipos según el tamaño, la forma, el material utilizado para los electrodos positivo y negativo, etc. La batería industrial de iones de litio SCiB™ de Toshiba utiliza óxido de litio y titanio en el electrodo negativo, y proporciona una larga vida útil, una carga rápida, un alto rendimiento de potencia de entrada/salida, un excelente funcionamiento a baja temperatura y un amplio rango de SOC efectivo.

La batería de iones de litio se compone de 1) el ánodo y el cátodo; 2) un separador entre los dos electrodos; y 3) un electrolito que rellena el espacio restante de la batería. El ánodo y el cátodo son capaces de almacenar iones de litio. La energía se almacena y se libera cuando los iones de litio se desplazan entre estos electrodos a través del electrolito.

Batería eléctrica

Una pila tiene tres componentes principales: dos terminales hechos de sustancias químicas diferentes (normalmente metales), el ánodo y el cátodo, y el electrolito, que separa estos terminales. El electrolito es un medio químico que permite el flujo de carga eléctrica entre el cátodo y el ánodo. Cuando se conecta un dispositivo a una batería -una bombilla o un circuito eléctrico- se producen reacciones químicas en los electrodos que crean un flujo de energía eléctrica hacia el dispositivo.

Más concretamente: durante una descarga de electricidad, la sustancia química en el ánodo libera electrones al terminal negativo e iones en el electrolito a través de lo que se llama una reacción de oxidación. Mientras tanto, en el terminal positivo, el cátodo acepta electrones, completando el circuito para el flujo de electrones. El electrolito está ahí para poner en contacto las diferentes sustancias químicas del ánodo y del cátodo, de manera que el potencial químico pueda equilibrarse de un terminal al otro, convirtiendo la energía química almacenada en energía eléctrica útil. “Estas dos reacciones se producen simultáneamente”, explica Allanore. “Los iones transportan la corriente a través del electrolito mientras los electrones fluyen en el circuito externo, y eso es lo que genera una corriente eléctrica”.

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Cómo funciona una pila recargable

Imagine un mundo sin pilas. Todos esos dispositivos portátiles de los que tanto dependemos estarían muy limitados. Sólo podríamos llevar nuestros ordenadores portátiles y teléfonos hasta el alcance de sus cables, con lo que esa nueva aplicación para correr que acabas de descargar en tu teléfono sería bastante inútil.

Por suerte, tenemos baterías. En el año 150 a.C., en Mesopotamia, la cultura parta utilizaba un dispositivo conocido como batería de Bagdad, hecho de electrodos de cobre y hierro con vinagre o ácido cítrico. Los arqueólogos creen que en realidad no se trataba de pilas, sino que se utilizaban principalmente para ceremonias religiosas.

La invención de la pila tal y como la conocemos se atribuye al científico italiano Alessandro Volta, que montó la primera pila para demostrar un punto a otro científico italiano, Luigi Galvani. En 1780, Galvani había demostrado que las ancas de las ranas colgadas en ganchos de hierro o latón se movían al tocarlas con una sonda de otro tipo de metal. Galvani creía que esto se debía a la electricidad de los tejidos de las ranas, y lo llamó “electricidad animal”.

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