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Tecnología de batería

Tecnología de batería

Las baterías se utilizan cada vez más. A medida que aumenta el uso de equipos portátiles y móviles, también aumenta el uso de la tecnología de baterías.

La creciente demanda de baterías ha significado que la tecnología se ha desarrollado considerablemente en los últimos años y se puede esperar más desarrollo en el futuro.

Con la enorme demanda de baterías, existe una amplia variedad de tecnologías diferentes de baterías y celdas disponibles. Estos van desde las tecnologías no recargables establecidas, como las baterías de zinc-carbono y alcalinas, hasta las baterías recargables que se han movido de las celdas de NiCd a NiMH a las baterías recargables de iones de litio más nuevas. Con una gran necesidad de baterías, hay una gran cantidad de desarrollo de tecnología de baterías en marcha y sin duda estarán disponibles nuevos tipos de celdas y baterías que ofrecen niveles de rendimiento aún más altos.

Otra área de la tecnología de baterías que se está volviendo más importante son los aspectos ecológicos o medioambientales. Algunas de las tecnologías de baterías antiguas contienen sustancias químicas que pueden considerarse tóxicas. Ahora los nuevos diseños buscan utilizar productos químicos más ecológicos. Las células de níquel-cadmio ahora se consideran nocivas para el medio ambiente y no se utilizan tan ampliamente como antes. Otras baterías también contienen sustancias químicas nocivas y es probable que esto tenga un impacto significativo en la dirección de desarrollos futuros.

Conceptos básicos de batería y celda

Al observar los conceptos básicos de la tecnología de baterías, una batería es una combinación de dos o más celdas electroquímicas. Estas células electroquímicas almacenan energía en forma de energía química, y esta se convierte en energía eléctrica cuando se conecta a un circuito eléctrico en el que puede fluir una corriente eléctrica.

Una celda consta de dos electrodos con un electrolito colocado entre ellos. El electrodo negativo se conoce como cátodo, mientras que el electrodo positivo se conoce como ánodo. El electrolito entre ellos puede ser líquido o sólido. Hoy en día, muchas celdas están encerradas en un contenedor especial, y hay un elemento conocido como separador colocado entre el ánodo y el cátodo. Esto es poroso para el electrolito y evita que los electrodos de remolque entren en contacto entre sí.

La diferencia de potencial entre los terminales de la batería se conoce como voltaje terminal. Si la batería no pasa corriente, p. Ej. cuando no está conectado a ningún circuito, entonces el voltaje terminal visto es el voltaje del circuito abierto y esto es igual a la EMF o fuerza electromotriz de la batería.

Se encuentra que todas las baterías tienen un cierto nivel de resistencia interna. Como resultado, el voltaje del terminal cae cuando se conecta a una carga externa. A medida que la batería se agota, se encuentra que la resistencia interna aumenta y el voltaje bajo carga cae.

Celdas primarias y secundarias

Aunque hay muchos tipos diferentes de batería, hay dos categorías principales de celda o batería que se pueden usar para proporcionar energía eléctrica. Cada tipo tiene sus propias ventajas y desventajas y, por lo tanto, cada tipo de batería se utiliza en diferentes aplicaciones, aunque a menudo se pueden intercambiar:

  • Baterías primarias: Las baterías primarias son esencialmente baterías que no se pueden recargar. Transforman irreversiblemente la energía química en energía eléctrica. Cuando todos los productos químicos dentro de la batería han reaccionado para producir energía eléctrica y se han agotado, la batería o celda no se puede restaurar fácilmente por medios eléctricos.
  • Baterías secundarias: Las baterías secundarias o celdas secundarias son diferentes a las primarias en que pueden recargarse. Las reacciones químicas dentro de la celda o batería se pueden revertir suministrando energía eléctrica a la celda, restaurando su composición original.

Tamaños de pila y batería estándar

Es esencial que las baterías, y en particular las baterías primarias, se puedan cambiar cuando su vida útil haya terminado. Como resultado, las baterías normalmente vienen en tamaños de batería estándar para que se puedan usar baterías de diferentes fabricantes. Como resultado, se utilizan varios tamaños de batería estándar.

A continuación se ofrece un resumen de los tamaños de batería estándar más comunes:


Tamaños estándar de pilas y baterías
Tipo de célulaDiámetro
mm
Altura
mm
AAA10.544.5
Automóvil club británico14.550.5
C26.250.0
re34.261.5

Tipos de celdas

Hay muchos tipos diferentes de tecnología de pilas o baterías disponibles. Cada tipo diferente de tecnología de batería tiene sus propias ventajas y desventajas. En consecuencia, se pueden usar diferentes tipos de tecnología de celda o batería en diferentes aplicaciones. La siguiente tabla ofrece un resumen de algunos de los diferentes tipos de uso más común en la actualidad.


Tipos de baterías y sus propiedades
Tipo de célulaVoltaje nominal
V
Caracteristicas
Pilas y baterías primarias
Dióxido de manganeso alcalino1.5Ampliamente disponible, proporcionando alta capacidad. Vida útil normalmente hasta unos cinco años. Capaz de proporcionar corriente moderada.
Cloruro de tionilo de litio3.6Bueno para corrientes bajas a medias. Alta densidad energética y larga vida útil.
Dióxido de litio y manganeso3.0Larga vida útil combinada con alta densidad de energía y capacidad de corriente moderada.
Óxido de mercurio1.35Se utilizan para pilas de botón, pero prácticamente se han eliminado ahora debido al mercurio que contienen.
Óxido de plata1.5Buena densidad energética. Se utiliza principalmente para pilas de botón.
Carbono zinc1.5Ampliamente utilizado para aplicaciones de consumo. Bajo costo, capacidad moderada. Funciona mejor en condiciones de uso intermitente.
Aire de zinc1.4Se utiliza principalmente para pilas de botón. Tiene una vida útil limitada una vez abierto y capacidad de baja corriente pero una alta densidad de energía.
Pilas y baterías secundarias
Niquel Cadmio
NiCd
1.2Eran de uso muy común, pero ahora están dando paso a pilas y baterías de NiMH en vista de los impactos ambientales. Baja resistencia interna y puede suministrar grandes corrientes. Larga vida si se usa con cuidado.
Hidruro metálico de níquel
NiMH
1.2Mayor capacidad pero más caro que los NiCads. La carga debe controlarse cuidadosamente. Se utiliza en muchas aplicaciones en las que se utilizaban anteriormente NiCads.
Ion de litio
León
La capacidad más alta y ahora se utilizan ampliamente en muchas computadoras portátiles, teléfonos móviles y cámaras. etc. La carga debe controlarse cuidadosamente y, a menudo, tiene una vida útil limitada, normalmente 300 ciclos de descarga de carga.
Plomo-ácido2.0Ampliamente utilizado para aplicaciones automotrices. Relativamente barato, pero la esperanza de vida suele ser corta.

El rendimiento de la tecnología de baterías ha mejorado considerablemente en los últimos años. A medida que la demanda de las baterías ha aumentado con una mayor capacidad en espacios más pequeños y mayores niveles de confiabilidad, se han invertido cantidades considerables de investigación para tratar de cumplir con los nuevos requisitos.

La investigación ha dado como resultado tiempos mucho más largos entre carga, niveles de capacidad más altos y mayores grados de confiabilidad. En el futuro, las demandas que se imponen a las baterías solo aumentarán y, sin duda, la tecnología mejorará más allá de toda medida.

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