Acumuladores secundarios

Definición:

Un acumulador secundario al igual que los acumuladores primarios son capaces de transformar energía química en energía eléctrica. La diferencia está en que estos últimos son reversibles, es decir, una vez agotada su energía química se puede volver a reactivar, para ello aplicamos a la celda el proceso contrario, creamos energía química a costa de electricidad. De este modo la celda es capaz de regenerarse por un número determinado de ciclos.

Así la batería será capaz de actuar como celda galvánica, cuando está cediendo potencia eléctrica y como celda electroquímica cuando absorbe potencia eléctrica.En estas reacciones no cambian los productos ni reactivos en cada ciclo, son celdas químicas sin transporte.

Principio de funcionamiento:

Las baterías se componen de dos electrodos metálicos sumergidos en un medio con iones libres, llamado electrolito que se comporta como conductor eléctrico, en un electrodo se produce una reacción química de oxidación y en otro de reducción

Cuando los electrodos reaccionan con el electrolito, en el ánodo se produce una reacción de oxidación desprendiendo electrones (electrodo negativo de la pila cuando cede corriente eléctrica), y en el cátodo se produce una reacción de reducción dando un defecto de electrones. Cuando los electrones sobrantes del ánodo pasan al cátodo a través de un conductor externo a la pila se produce una corriente eléctrica del anodo (–) al catodo (+). Durante la carga el proceso se invierte.

Fig1. Celda Galvánica Fig2.Celda electroquímica

Tipos:

Podemos encontrar batería fabricadas a partir de diferentes electrolitos, cada una con sus ventajas e inconvenientes. Se indican las reacciones redox que propician la descarga eléctrica; para el proceso de carga la reacción se invierte.

-Plomo-ácido:Es capaz de suministrar mucha corriente en tiempos pequeños, es ideal para motores de arranque, cada celda tiene una tensión de 2v.

Las reacciones redox son las siguientes:

Pb+HSO4−¿→PbSO 4+H

+¿+2e−¿¿¿¿ (-)

PbO2+3H❑+¿+HSO 4

−¿+2e−¿ →PbSO 4+2H 2O ¿ ¿¿ (+)

-Plata-Zinc:Tienen una densidad de carga muy elevada pero durante la carga el zinc tiende a cristalizar y es por ello que solo admite de 30 a 100 ciclos de carga.

Las reacciones redox son las siguientes:

Zn+2OH−¿→ZnO+H 2O+2e−¿¿ ¿ (-)

A g2+H 2O+2e−¿→2 Ag+2OH−¿¿ ¿ (+)

-Niquel-Cadmio:Tienen un ciclo de vida largo, mas de mil recargas. Padecen el llamado efecto memoria que se produce cuando se carga una batería sin haber sido descargada del todo: se crean unos cristales en el interior de las baterías. Para eliminar estos cristales se hace una descarga completa y posterior carga.

Las reacciones redox son las siguientes:

Cd+2OH−¿→Cd(OH )2+2e−¿¿ ¿ (-)

2NiOOH+2H 2O+2e−¿→2∋(OH )2+2OH−¿ ¿¿ (+)

-Niquel-Hidruro metálico:Tiene mayor capacidad que las de Niquel-Cadmio hasta 80Wh/Kg, tiene menos efecto memoria, por contra tienen una tasa de autodescarga mas acusada que las de Niquel-Cadmio, lo que las convierte en una opción a tener en cuenta para aplicaciones con un alto consumo en tiempo no muy largos.Los ciclos de carga de estas baterías oscilan entre las 500 y 700 cargas.

Las reacciones redox son las siguientes:

MH+OH−¿→H 2O+M+e−¿¿ (-)

NiO (OH )+H 2O+e−¿→∋¿ ¿ (+)

Figura 3. Pila Ni-Cd o Ni-Mh

-Mercurio:Suelen utilizarse para aplicaciones de larga duración y poco consumo

Las reacciones redox son las siguientes:

Zn+ 2OH- → Zn(OH)2 + 2e- (-)

2HgO + H2O + 2e- → Hg + 2OH- (+)

Figura 4.Pila de mercurio-Ion-Litio:

Es una tecnología que todavía no esta madura, el litio aparece con diversos materiales como polímero (Li-Po) o fosfato de hierro (Li-FePo).Tiene características muy deseables: Alta densidad de energía, no tienen efecto memoria, y apenas se descargan cuando no se usan.

Las reacciones redox son las siguientes:

LixC6 →xLi+ + xe- + 6C (-)

Li1-xCoO2+xLi++xe-®LiCoO2 (+)

Figura 5. Batería de Litio

Características:

-Densidad de energía:

Es la cantidad de energía que retiene una batería por unidad de peso

M=n∗F→de=26.8n∗v0mol

Figura 6.Relacion energía/potencia-Tensión de la celda:

Es la diferencia de potencial de una pila formada por dos electrodos estándar. E0

pila= E0reducción +E0

oxidación

Aplicando la ecuación de Nerst

Siendo n es el nº de e−¿¿puesto en juego en la reacción y

Q=Concent productosConcent reactivos

-Curva de descarga:Es la relación de la tensión mantenida en la pila durante su tiempo de actividad

-Corriente de descarga:

Es la corriente que es capaz de suministrar la pila en cada momento, teniendo en cuenta que su resistencia aumenta conforme se va descargando y por tanto su corriente disminuye.

Id= Vo(Rint+Rext)

E=Eo−0 .059n

logQ

Resistencia interna por elemento (mOhms)

Corriente máxima de descarga (A)

4 705 a 9 30

10 a 12 menos de 2512 a 17 menos de 15