Funcionamiento de una pila

Función de la pila

¿una moneda de cobre en un limón? Funciona porque estos dos metales diferentes tienen átomos con diferentes 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, suelen producirse 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 de 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.

Proceso de la batería

Hay tres componentes principales en una pila: dos terminales hechos de diferentes sustancias químicas (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».

Las pilas son almacenes de qué energía

Las baterías de iones de litio pertenecen al grupo de baterías que generan energía eléctrica mediante la conversión de energía química a través de reacciones redox en los materiales activos, es decir, el negativo (ánodo) y un electrodo positivo (cátodo), en una o más celdas electroquímicas conectadas eléctricamente. Las baterías de iones de litio pueden dividirse a su vez en baterías primarias (no recargables) y secundarias (recargables), dependiendo de si son recargables o no mediante la aplicación de una corriente eléctrica.
En las baterías de iones de litio convencionales, los iones Li+ se mueven entre el electrodo positivo (normalmente un material de óxido de metal de transición en capas) y un electrodo negativo basado en el grafito según el principio de la «mecedora» (véase el vídeo).
El término descarga se utiliza para el proceso en el que la batería suministra energía eléctrica a una carga externa. El electrolito de este sistema contiene iones Li+ adicionales para garantizar un rápido transporte de la carga iónica dentro de la célula.
Cuando se descarga, los iones Li+ se encuentran en el material del electrodo positivo. Así, el electrodo positivo es la fuente de los iones Li+ necesarios para la conversión de la energía eléctrica en energía química. Para permitir que los iones Li+ migren del electrodo positivo al negativo, el electrolito también se enriquece con iones Li+.

Célula de batería

Una batería es una fuente de energía eléctrica formada por una o varias celdas electroquímicas con conexiones externas[1] para alimentar dispositivos eléctricos como linternas, teléfonos móviles y coches eléctricos. Cuando una pila suministra energía eléctrica, su terminal positivo es el cátodo y su terminal negativo es el ánodo[2]. El terminal marcado como negativo es la fuente de electrones que fluirán a través de un circuito eléctrico externo hasta el terminal positivo. Cuando una pila se conecta a una carga eléctrica externa, una reacción redox convierte los reactivos de alta energía en productos de menor energía, y la diferencia de energía libre se entrega al circuito externo como energía eléctrica[3]. Históricamente, el término «pila» se refería específicamente a un dispositivo compuesto por múltiples celdas, sin embargo el uso ha evolucionado para incluir dispositivos compuestos por una sola celda[4].
Las pilas primarias (de un solo uso o «desechables») se utilizan una vez y se desechan, ya que los materiales de los electrodos cambian irreversiblemente durante la descarga; un ejemplo común es la pila alcalina utilizada en las linternas y en multitud de dispositivos electrónicos portátiles. Las baterías secundarias (recargables) pueden descargarse y recargarse varias veces mediante una corriente eléctrica aplicada; la composición original de los electrodos puede restablecerse mediante una corriente inversa. Algunos ejemplos son las baterías de plomo-ácido que se utilizan en los vehículos y las baterías de iones de litio que se emplean en aparatos electrónicos portátiles, como los ordenadores portátiles y los teléfonos móviles.