Batería primaria
Batería no recargable
Una variedad de tamaños estándar de pilas primarias. De izquierda a derecha: pila multicelda de 4,5 V, D, C, AA, AAA, AAAA, A23, pila multicelda de 9 V, (arriba) LR44, (abajo) CR2032

Una batería primaria o celda primaria es una batería (una celda galvánica ) que está diseñada para usarse una vez y desecharse, y no es recargable a diferencia de una celda secundaria ( batería recargable ). En general, la reacción electroquímica que ocurre en la celda no es reversible, lo que hace que la celda no sea recargable. A medida que se utiliza una celda primaria, las reacciones químicas en la batería consumen los químicos que generan la energía; cuando se agotan, la batería deja de producir electricidad. Por el contrario, en una celda secundaria , la reacción se puede revertir haciendo pasar una corriente a la celda con un cargador de batería para recargarla, regenerando los reactivos químicos. Las celdas primarias se fabrican en una variedad de tamaños estándar para alimentar pequeños electrodomésticos, como linternas y radios portátiles.

Las baterías primarias representan aproximadamente el 90% del mercado de baterías de $50 mil millones, pero las baterías secundarias han estado ganando participación de mercado. Alrededor de 15 mil millones de baterías primarias se desechan cada año en todo el mundo, y prácticamente todas terminan en vertederos. Debido a los metales pesados ​​tóxicos y los ácidos y álcalis fuertes que contienen, las baterías son desechos peligrosos . La mayoría de los municipios las clasifican como tales y requieren su eliminación por separado. La energía necesaria para fabricar una batería es aproximadamente 50 veces mayor que la energía que contiene. [1] [2] [3] [4] Debido a su alto contenido de contaminantes en comparación con su pequeño contenido de energía, la batería primaria se considera una tecnología derrochadora y no respetuosa con el medio ambiente. Debido principalmente al aumento de las ventas de dispositivos inalámbricos y herramientas inalámbricas que no pueden funcionar económicamente con baterías primarias y vienen con baterías recargables integradas, la industria de baterías secundarias ha tenido un alto crecimiento y lentamente ha estado reemplazando a la batería primaria en productos de alta gama.

Tendencia de uso

A principios del siglo XXI, las pilas primarias comenzaron a perder cuota de mercado frente a las pilas secundarias, a medida que los costes relativos de estas últimas se reducían. La demanda de energía de las linternas se redujo gracias al cambio de las bombillas incandescentes a los diodos emisores de luz . [5]

El mercado restante experimentó una mayor competencia por parte de las versiones de marca blanca o sin marca. La participación de mercado de los dos principales fabricantes estadounidenses, Energizer y Duracell, disminuyó al 37% en 2012. Junto con Rayovac, estos tres están tratando de hacer que los consumidores abandonen las pilas de zinc-carbono y pasen a las pilas alcalinas , más caras y de mayor duración . [5]

Los fabricantes de baterías occidentales trasladaron su producción al extranjero y ya no producen baterías de zinc-carbono en Estados Unidos. [5]

China se convirtió en el mayor mercado de baterías, con una demanda que se prevé que aumente más rápidamente que en cualquier otro lugar, y también ha pasado a utilizar pilas alcalinas. En otros países en desarrollo, las baterías desechables deben competir con los dispositivos baratos de cuerda, eólicos y recargables que han proliferado. [5]

Comparación entre células primarias y secundarias

Las pilas secundarias ( baterías recargables ) son, en general, más económicas de utilizar que las pilas primarias. Su coste inicial es más elevado y el coste de adquisición de un sistema de carga se puede distribuir a lo largo de muchos ciclos de uso (entre 100 y 1000 ciclos); por ejemplo, en las herramientas eléctricas portátiles, sería muy costoso sustituir una batería primaria de alta capacidad cada pocas horas de uso.

Las celdas primarias no están diseñadas para recargarse entre la fabricación y el uso, por lo tanto, su química de batería requiere una tasa de autodescarga mucho menor que los tipos más antiguos de celdas secundarias; pero han perdido esa ventaja con el desarrollo de celdas secundarias recargables con tasas de autodescarga muy bajas , como las celdas NiMH de baja autodescarga que mantienen suficiente carga durante el tiempo suficiente para venderse como precargadas. [6] [7]

Los tipos comunes de celdas secundarias (a saber, NiMH y Li-ion), debido a su resistencia interna mucho menor , no sufren la gran pérdida de capacidad que sufren las baterías alcalinas, de zinc-carbono y de cloruro de zinc ("de servicio pesado" o "de servicio superpesado") con un alto consumo de corriente. [8]

Las baterías de reserva alcanzan tiempos de almacenamiento muy largos (del orden de 10 años o más) sin pérdida de capacidad, al separar físicamente los componentes de la batería y ensamblarlos solo en el momento de su uso. Estas construcciones son costosas, pero se encuentran en aplicaciones como las municiones , que pueden almacenarse durante años antes de su uso.

Polarización

Un factor importante que reduce la vida útil de las celdas primarias es que se polarizan durante su uso. Esto significa que el hidrógeno se acumula en el cátodo y reduce la eficacia de la celda. Para reducir los efectos de la polarización en las celdas comerciales y prolongar su vida útil, se utiliza la despolarización química; es decir, se añade un agente oxidante a la celda para oxidar el hidrógeno y convertirlo en agua. El dióxido de manganeso se utiliza en la celda Leclanché y la celda de zinc-carbono , y el ácido nítrico se utiliza en la celda Bunsen y la celda Grove .

Se han hecho intentos de hacer que las células simples se autodespolaricen haciendo rugosa la superficie de la placa de cobre para facilitar el desprendimiento de las burbujas de hidrógeno, con poco éxito. La despolarización electroquímica intercambia el hidrógeno por un metal, como el cobre (p. ej ., la célula de Daniell ) o la plata (p. ej., la célula de óxido de plata ), así llamada.

Terminología

Ánodo y cátodo

El terminal de la batería ( electrodo ) que desarrolla una polaridad de voltaje positiva (el electrodo de carbono en una celda seca) se llama cátodo y el electrodo con una polaridad negativa ( zinc en una celda seca) se llama ánodo . [9] Esta es la terminología inversa a la utilizada en una celda electrolítica o tubo de vacío termoiónico . La razón es que los términos ánodo y cátodo se definen por la dirección de la corriente eléctrica, no por su voltaje. El ánodo es el terminal a través del cual la corriente convencional (carga positiva) ingresa a la celda desde el circuito externo, mientras que el cátodo es el terminal a través del cual la corriente convencional sale de la celda y fluye hacia el circuito externo. Dado que una batería es una fuente de energía que proporciona el voltaje que fuerza la corriente a través del circuito externo, el voltaje en el cátodo debe ser más alto que el voltaje en el ánodo, creando un campo eléctrico dirigido del cátodo al ánodo, para forzar la carga positiva fuera del cátodo a través de la resistencia del circuito externo.

Dentro de la celda el ánodo es el electrodo donde se produce la oxidación química , ya que dona electrones que salen de él hacia el circuito externo. El cátodo es el electrodo donde se produce la reducción química , ya que acepta electrones del circuito.

Fuera de la celda, se utiliza una terminología diferente. Como el ánodo dona carga positiva al electrolito (quedando así con un exceso de electrones que donará al circuito), se carga negativamente y, por lo tanto, se conecta al terminal marcado "−" en el exterior de la celda. El cátodo, por su parte, dona carga negativa al electrolito, por lo que se carga positivamente (lo que le permite aceptar electrones del circuito) y, por lo tanto, se conecta al terminal marcado "+" en el exterior de la celda. [10]

Los libros de texto antiguos a veces contienen terminología diferente que puede causar confusión a los lectores modernos. Por ejemplo, un libro de texto de 1911 de Ayrton y Mather [11] describe los electrodos como "placa positiva" y "placa negativa".

Véase también

Referencias

  1. ^ Hill, Marquita K. (2004). Entender la contaminación ambiental: una introducción . Cambridge University Press. pp. 274. ISBN 0521527260. la energía de la batería es 50 veces mayor que la contaminación del medio ambiente.
  2. ^ Watts, John (2006). Gcse Edexcel Science. Letts y Lonsdale. pág. 63. ISBN 1905129637.
  3. ^ Wastebusters (2013). Manual de la Oficina Verde: una guía para la práctica responsable. Routledge. pág. 96. ISBN 978-1134197989.
  4. ^ Danaher, Kevin; Biggs, Shannon; Mark, Jason (2016). Construyendo la economía verde: historias de éxito desde las bases. Routledge. pág. 199. ISBN 978-1317262923.
  5. ^ abcd «Baterías: sin batería». The Economist . 18 de enero de 2014. Consultado el 10 de febrero de 2014 .
  6. ^ "Paquete de 4 pilas AA Eneloop".
  7. ^ "Estudio de autodescarga de Eneloop". 22 de enero de 2007.
  8. ^ "Pruebas de descarga de pilas alcalinas AA".
  9. ^ Denker, John S. (2004). "Cómo definir ánodo y cátodo". Véase How It Flies . Sitio web personal de Denker . Consultado el 8 de septiembre de 2018 .
  10. ^ John S. Newman, Karen E. Thomas-Alyea, Sistemas electroquímicos , Wiley-IEEE, 3.ª ed., 2004, ISBN 0-471-47756-7 
  11. ^ WE Ayrton y T. Mather, Electricidad práctica , Cassell and Company, Londres, 1911, página 170
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  • Pilas no recargables
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