Piles Elèctriques: Tipus, Funcionament i Aplicacions

Pila seca de Leclanché

Ja hem vist com les reaccions redox espontànies es poden fer servir per a subministrar energia elèctrica de baix voltatge a un circuit. En això es fonamenten les piles elèctriques que trobem en tants aparells portàtils. La més coneguda és la pila seca de Leclanché.

Aquest dispositiu consta d'un ànode de zinc que va oxidant-se a ions Zn²⁺ i serveix de carcassa. El càtode està format per un suport de grafit sobre el qual s'adhereix una pasta humida feta de diòxid de manganès, clorur de zinc i clorur d'amoni, que fa de pont salí. El conjunt es recobreix d'un aïllant per a evitar que es descarregui espontàniament. Aquesta pila subministra 1,5 V i sol durar unes 6 hores, tot proporcionant un corrent de 0,5 A. De vegades es dissenya en la coneguda forma plana amb tres elements en sèrie que subministren en total 4,5 V.

La bateria convencional d'un automòbil

La bateria convencional d'un automòbil és l'acumulador de plom. Presenta l'avantatge de ser reversible i per això es pot recarregar amb la dinamo que funciona mentre el motor està engegat. Així, doncs, pot actuar com a pila electroquímica, per a subministrar energia al motor d'arrancada i per al manteniment elèctric general, però també funciona com a cel·la electrolítica tot recarregant-se.

Consta de sis cel·les en sèrie, que subministren en total 12 V. Les cel·les són de plom i estan submergides en una dissolució electrolítica que conté aigua destil·lada i àcid sulfúric. Aquesta ha de mantenir la concentració adequada, per això es mesura la seua densitat i es torna a omplir d'aigua destil·lada si és necessari.

Ànode: oxidació del plom metàl·lic a ions plom (II), que precipiten en forma de sulfat de plom (II).

Càtode: reducció de l'òxid de plom (IV) a ions plom (II) en medi àcid, que també precipiten com a sulfat de plom (II).

Pila de combustible

Una de les aplicacions de les reaccions redox amb més perspectives de futur són les piles de combustible, és a dir, les piles que aprofiten l'espontaneïtat de la síntesi de l'aigua a partir de l'oxigen i l'hidrogen elementals. En general, es tracta de dispositius on ocorre una reacció de combustió per via electroquímica. La reacció feta directament només permet aprofitar l'energia transferida, ja que és exoenergètica, però té baix rendiment (20 %). Ara bé, si es realitza electroquímicament, tot separant les dues semireaccions, permet d'utilitzar el treball elèctric desenrotllat amb més eficiència. Aquesta tecnologia ja va subministrar energia als equips del programa espacial Apol·lo que va portar l'home a la Lluna els anys 70. Actualment és una proposta alternativa als combustibles fòssils i se'n dissenyen motors per a cotxes. Entre els avantatges que presenta hi ha la manca d'emissió de gasos d'efecte hivernacle ni contaminants en general, ja que el producte és vapor d'aigua que condensat es pot reaprofitar. També és més eficient energèticament (70-80 %) ja que l'hidrogen té una entalpia específica de combustió de −143 kJ/g, enfront de −48 kJ/g de la benzina convencional. D'altra banda, diferents impediments de caràcter econòmic i tècnic dificulten la seua major difusió comercial.