Tecnología de Pilas y Baterías: Conceptos Esenciales y Funcionamiento

Fundamentos de Pilas y Baterías de Automóvil

¿Qué es una Pila Eléctrica?

Una pila eléctrica es un dispositivo que convierte la energía química en energía eléctrica mediante un proceso químico transitorio o momentáneo, lo que determina la duración de la pila. Consta de dos electrodos, también conocidos como polos o bornes.

La Primera Pila: La Pila de Volta

La primera pila eléctrica fue creada por Alessandro Volta en 1800. Estaba compuesta por discos de zinc, cobre o plata, utilizando salmuera como electrolito. Volta ganó el Premio Nobel al demostrar la propiedad física de que la conexión en serie de estos elementos electroquímicos permitía aumentar el voltaje a voluntad.

Componentes y Funcionamiento Básico

Las pilas y baterías, en su esencia, están compuestas por dos electrodos metálicos sumergidos en un líquido, sólido o pasta, que se denomina electrolito.

• Electrolito: Cualquier sustancia que contenga iones libres y se comporte como un conductor de iones, generalmente ácidos y bases.

Cuando los electrodos reaccionan con el electrolito, ocurre lo siguiente:

1. En uno de los electrodos (el cátodo) se producen electrones (proceso de oxidación).
2. En el otro electrodo (el ánodo) se produce un defecto de electrones (proceso de reducción).

La corriente eléctrica se genera cuando los electrones excedentes del cátodo se desplazan hacia el ánodo a través de un conductor externo a la pila.

Tipos de Celdas Electroquímicas

Existen dos tipos principales de celdas electrolíticas:

• Celdas Primarias: Son aquellas que producen energía eléctrica mediante una reacción química irreversible. Son las pilas desechables, no recargables.
• Celdas Secundarias: Sintetizan energía eléctrica a través de un proceso reversible, lo que las hace recargables. También se les conoce como acumuladores (ejemplos: pilas recargables y baterías de automóvil).

Reacciones Redox (Óxido-Reducción)

Las reacciones electroquímicas en las pilas implican procesos de óxido-reducción:

• Agente Reductor: Átomo, ion o molécula que cede electrones y, por lo tanto, experimenta oxidación.
• Agente Oxidante: Átomo, ion o molécula que capta electrones y, por lo tanto, experimenta reducción.

La Pila Primaria: Tipos Comunes

Las pilas primarias, comúnmente llamadas pilas desechables, se presentan principalmente en tres tipos:

• Pila Zinc-Carbón (Leclanché)
• Pila de Combustible
• Pila Zinc-Óxido de Mercurio

Detalle de la Pila Zinc-Carbón (Leclanché)

La pila Zinc-Carbón, también conocida como pila Leclanché, utiliza Zinc (Zn) como ánodo y Carbón (C) como cátodo. El electrolito es una pasta húmeda compuesta por NH₄Cl (cloruro de amonio), ZnCl₂ (cloruro de zinc), agua y almidón.

Al cerrar el circuito (por ejemplo, al encender una linterna a pila), el proceso electroquímico es el siguiente:

1. El Zinc (Zn) se oxida, liberando dos electrones (2e^-).
2. Estos electrones son transportados a través del electrolito hacia el Dióxido de Manganeso (MnO₂), que se encuentra en el cátodo, donde este último se reduce.
3. Posteriormente, los electrones son conducidos a través de la varilla de Carbón (cátodo), dirigiéndose hacia el lado negativo de la pila para completar el circuito externo.