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Cómo funciona una batería de iones de litio
Roger Clarke no trabaja, asesora, posee acciones ni recibe financiación de ninguna empresa u organización que pueda beneficiarse de este artículo, y no ha revelado ninguna afiliación relevante más allá de su nombramiento académico.
Una batería es un dispositivo que puede producir electricidad mediante la reacción de determinadas sustancias químicas. En las pilas se pueden utilizar muchas sustancias químicas diferentes, depende de cómo se fabrique la pila o para qué se utilice.
Las baterías recargables que se utilizan en los teléfonos inteligentes o en los coches eléctricos se llaman “baterías de iones de litio”. Pero es muy raro verlas, porque normalmente no necesitan ser reemplazadas y están escondidas de forma segura en su interior.
Es mucho más probable que veas pilas alcalinas, que se utilizan en cosas como relojes, linternas, mandos a distancia y muchos otros objetos de la casa. En sentido estricto, deberían llamarse “pilas alcalinas”, ya que una pila es un número de células conectadas entre sí.
Puede parecer complicado, pero el funcionamiento de la pila para producir electricidad es bastante sencillo: se produce una reacción química que mueve pequeñas partículas cargadas negativamente llamadas “electrones” para crear una corriente eléctrica.
Cómo funciona una batería de coche
Una pila electroquímica produce electricidad con dos metales diferentes en una sustancia química llamada electrolito. Un extremo de la pila está unido a uno de los metales y el otro al otro. Una reacción química entre los metales y el electrolito libera más electrones en un metal que en el otro.
El metal que libera más electrones desarrolla una carga positiva, y el otro metal desarrolla una carga negativa. Si un conductor eléctrico, o cable, conecta un extremo de la pila con el otro, los electrones fluyen a través del cable para equilibrar la carga eléctrica.
Una carga eléctrica es un dispositivo que utiliza la electricidad para realizar un trabajo. Si se coloca una carga eléctrica -como una bombilla incandescente- a lo largo del cable, la electricidad puede realizar un trabajo al fluir por el cable y la bombilla. Los electrones fluyen desde el extremo negativo de la pila a través del cable y la bombilla y vuelven al extremo positivo de la pila.
La electricidad debe tener un camino completo, o circuito eléctrico, antes de que los electrones puedan moverse. El interruptor o botón de encendido y apagado de todos los aparatos eléctricos cierra (enciende) o abre (apaga) un circuito eléctrico en el aparato. Al encender o apagar una luz se abre un circuito y los electrones no pueden fluir a través de la luz. Al encender una luz se cierra un circuito, lo que permite que la electricidad fluya desde un cable eléctrico, a través de la bombilla, y luego a través de otro cable.
Cómo funciona la batería del coche
¿Sabía que la misma pila que usamos hoy se inventó en 1887? La pila “seca” fue una victoria científica porque no contenía líquidos y podía utilizarse en aparatos portátiles. Antes, las pilas eran grandes y frágiles recipientes de cristal con varillas de metal, lo que hacía que no fueran los artículos más domésticos. Dicho esto, las antiguas pilas húmedas todavía se pueden encontrar en industrias modernas como la del automóvil o la de las telecomunicaciones, e incluso puedes crear tu propia pila en casa utilizando objetos de tu entorno.
Desde encender una lámpara en casa hasta hacer funcionar paneles solares, las pilas desempeñan un papel importante en nuestra vida cotidiana. La humilde pila es algo más que una simple herramienta -la tecnología no ha cambiado mucho desde hace siglos- y dependemos de ellas más de lo que crees. Sólo en EE.UU., tiramos tres mil millones de pilas al año, lo que supone una gran cantidad de energía.
Lo que nos lleva a preguntarnos cómo funcionan las pilas. Las pilas están formadas por un ánodo (el extremo negativo), un cátodo (el extremo positivo) y electrolitos. Cuando una pila está conectada, los electrolitos reciben un circuito para moverse entre los dos extremos, lo que crea la energía.
Cómo funcionan las pilas convencionales
¿una moneda de cobre en un limón? Funciona porque estos dos metales diferentes tienen átomos con distintas capacidades para retener los electrones que contienen. Los átomos de zinc del clavo pierden sus electrones (azul, e), que fluyen a través del circuito que has hecho hacia los átomos de cobre de la moneda. Este flujo de electrones crea una corriente que proporciona energía útil,
Una de las reacciones genera iones positivos (mostrados aquí como grandes manchas amarillas) y electrones (manchas marrones más pequeñas) en el electrodo negativo. Los iones positivos fluyen hacia el electrolito, mientras que los electrones (manchas marrones más pequeñas) fluyen por el circuito exterior (línea azul) hacia el electrodo positivo y hacen que la lámpara se ilumine por el camino. En el electrodo positivo se produce otra reacción química, en la que los electrones entrantes se recombinan con los iones extraídos del electrolito, completando así el circuito.
dentro de la pila: normalmente se producen dos de ellas simultáneamente. Las reacciones exactas dependen de los materiales de los que están hechos los electrodos y el electrolito. (Más adelante, en este artículo, comparamos diferentes tipos de pilas con algunos ejemplos. Si quieres saber más sobre las reacciones de una pila concreta, introduce el tipo de pila que te interesa seguido de las palabras “reacciones ánodo-cátodo” en tu buscador favorito). Independientemente de las reacciones químicas que se produzcan, el principio general de que los electrones recorren el circuito exterior y los iones reaccionan con el electrolito (entrando o saliendo de él) se aplica a todas las pilas. A medida que una pila genera energía, las sustancias químicas de su interior se van convirtiendo en otras diferentes. Su capacidad para generar energía disminuye, el voltaje de la pila cae lentamente y la pila acaba agotándose. En otras palabras, si la pila no puede producir iones positivos porque las sustancias químicas de su interior se han agotado, tampoco puede producir electrones para el circuito exterior.