Una celda primaria es una batería (una celda galvánica ) que está diseñada para usarse una vez y desecharse, y no recargarse con electricidad y reutilizarse como una celda secundaria ( batería recargable ). En general, la reacción electroquímica que se produce en la pila no es reversible, lo que hace que la pila no sea recargable. Como se usa 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 recargarlo, 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 ido ganando participación en el mercado. Aproximadamente 15 mil millones de baterías primarias se desechan en todo el mundo cada año, 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 los clasifican como tales y requieren una disposición separada. 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 inútil y nociva para el medio ambiente. Debido principalmente al aumento de las ventas de dispositivos inalámbricos y herramientas inalámbricas que no pueden alimentarse económicamente con baterías primarias y vienen con baterías recargables integrales, la industria de las baterías secundarias tiene un alto crecimiento y ha ido reemplazando lentamente la batería primaria en productos de alta gama.
Tendencia de uso
A principios del siglo XXI, las células primarias empezaron a perder cuota de mercado frente a las células secundarias, ya que los costes relativos disminuyeron para estas últimas. La demanda de energía de la linterna se redujo mediante el cambio de bombillas incandescentes a diodos emisores de luz . [5]
El mercado restante experimentó una mayor competencia de las versiones privadas o sin etiqueta. La participación de mercado de los dos principales fabricantes de EE. UU., Energizer y Duracell, disminuyó al 37% en 2012. Junto con Rayovac, estos tres están tratando de mover a los consumidores de zinc-carbono a baterías alcalinas más caras y de mayor duración . [5]
Los fabricantes de baterías occidentales trasladaron la producción al extranjero y ya no fabrican baterías de zinc-carbono en los Estados Unidos. [5]
China se convirtió en el mercado de baterías más grande, y se prevé que la demanda aumente más rápido que en cualquier otro lugar, y también se ha desplazado a las 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 celdas primarias y secundarias
Las pilas secundarias ( baterías recargables ) son en general más económicas de usar que las pilas primarias. Su costo inicialmente más alto y el costo de compra de un sistema de carga se pueden distribuir en muchos ciclos de uso (entre 100 y 1000 ciclos); por ejemplo, en las herramientas eléctricas portátiles, sería muy costoso reemplazar un paquete de baterías primarias de alta capacidad cada pocas horas de uso.
Las celdas primarias no están diseñadas para recargarse entre la fabricación y el uso, por lo que tienen una química de batería que debe tener una tasa de autodescarga mucho más baja 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 de NiMH de baja autodescarga que mantienen la carga suficiente 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 más baja no sufren la gran pérdida de capacidad que sufren los alcalinos, zinc-carbono y cloruro de zinc ("servicio pesado" o "trabajo superpesado"). con alto consumo de corriente. [8]
Las baterías de reserva logran un tiempo de almacenamiento muy prolongado (del orden de 10 años o más) sin pérdida de capacidad, separando físicamente los componentes de la batería y ensamblándolos solo en el momento de su uso. Tales construcciones son caras pero se encuentran en aplicaciones como municiones, que pueden almacenarse durante años antes de su uso.
Polarización
Un factor importante que reduce la vida útil de las células primarias es que se polarizan durante el uso. Esto significa que el hidrógeno se acumula en el cátodo y reduce la efectividad de la celda. Para reducir los efectos de la polarización en las células comerciales y prolongar su vida, se utiliza la despolarización química; es decir, se agrega un agente oxidante a la celda para oxidar el hidrógeno en agua. El dióxido de manganeso se usa en la celda de Leclanché y la celda de zinc-carbono , y el ácido nítrico se usa en la celda de Bunsen y la celda de Grove .
Se han realizado intentos para hacer que las células simples se autodespolaricen haciendo rugosa la superficie de la placa de cobre para facilitar la separación de las burbujas de hidrógeno con poco éxito. La despolarización electroquímica intercambia el hidrógeno por un metal, como el cobre (por ejemplo, la celda Daniell ) o la plata (por ejemplo , la celda de óxido de plata ), así llamados.
Terminología
Ánodo y cátodo
El terminal de la batería ( electrodo ) que desarrolla una polaridad de voltaje positivo (el electrodo de carbono en una celda seca) se llama cátodo y el electrodo con polaridad negativa ( zinc en una celda seca) se llama ánodo . [9] Esto es lo contrario de la terminología usada 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 de cátodo a 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 ocurre la oxidación química , ya que dona electrones que fluyen 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. A medida que 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, mientras tanto, 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 la "placa positiva" y la "placa negativa".
Ver también
- Historia de la batería
- Pila de combustible
- Reciclaje de baterías
- Lista de tamaños de batería
- Lista de tipos de baterías
- Comparación de tipos de baterías
- Nomenclatura de la batería
Referencias
- ↑ Hill, Marquita K. (2004). Comprensión de la contaminación ambiental: una introducción . Prensa de la Universidad de Cambridge. págs. 274 . ISBN 0521527260.
Energía de la batería 50 veces la contaminación ambiental.
- ^ Watts, John (2006). Gcse Edexcel Science . Letts y Lonsdale. pag. 63. ISBN 1905129637.
- ^ Wastebusters (2013). El Manual de la Oficina Verde: una guía para la práctica responsable . Routledge. pag. 96. ISBN 978-1134197989.
- ^ Danaher, Kevin; Biggs, Shannon; Mark, Jason (2016). Construyendo la economía verde: historias de éxito desde la base . Routledge. pag. 199. ISBN 978-1317262923.
- ^ a b c d "Pilas: sin jugo" . The Economist . 2014-01-18 . Consultado el 10 de febrero de 2014 .
- ^ "Paquete de 4 Eneloop AA" .
- ^ "Estudio de autodescarga de Eneloop" .
- ^ "Pruebas de descarga de pilas alcalinas AA" .
- ^ Denker, John S. (2004). "Cómo definir ánodo y cátodo" . Vea cómo vuela . Sitio web personal de Denker . Consultado el 8 de septiembre de 2018 .
- ^ John S. Newman, Karen E. Thomas-Alyea, Sistemas electroquímicos , Wiley-IEEE, 3ª ed. 2004, ISBN 0-471-47756-7
- ^ WE Ayrton y T. Mather, Practical Electricity , Cassell and Company, Londres, 1911, página 170
enlaces externos
- Baterías no recargables