MODULO 1 - LECCIÓN 3 : BATERIAS CONSTITUCION, USOS Y PRECAUCIONES
LECCIÓN 3 PARTE B
TIPOS
DE CELDAS
El
desarrollo de nuevos y diferentes tipos de células en la última década ha sido
tan rápido que es
prácticamente
imposible tener un conocimiento completo de todos los diversos tipos. Algunos desarrollos recientes son: plata-zinc, níquel-zinc, níquel-cadmio, plata-cadmio, litio orgánico e
inorgánico, y celdas de
mercurio.
CELDA SECA
PRIMARIA
La celda
seca es el tipo más popular de celda primaria. Es ideal para aplicaciones
simples donde una fuente de electricidad barata y no crítica es todo lo que se
necesita.
La celda
seca no está realmente seca. El electrolito no está en estado líquido, sino que
es una pasta húmeda. Si debería volverse totalmente seca, ya no sería capaz de
transformar la energía química en energía eléctrica.
Construcción
de una celda seca
La
construcción de un tipo común de celda seca se muestra en la figura 2-4. Estas
células secas también son referidas como celdas Leclanche . Las partes internas de la celda se encuentran en un
recipiente cilíndrico de zinc. Este
contenedor de zinc sirve como electrodo negativo (cátodo) de la celda. El
contenedor está forrado con un material no
conductor, como papel secante, para separar el zinc de la pasta. Un electrodo
de carbono es ubicado en
el centro, y sirve como terminal positivo (ánodo) de la celda. La pasta es una
mezcla de varias
sustancias como cloruro de amonio, coque en polvo, carbono molido, dióxido de
manganeso, cloruro de zinc ,
grafito y agua.
Esta pasta, que está empaquetada en el espacio entre el
ánodo y el papel secante, también sirve para sostener el ánodo rígido en el
centro de la celda. Cuando la pasta se empaca en la celda, se deja un pequeño
espacio en la parte superior para la expansión de la pasta electrolítica
causada por la acción de despolarización. Luego se sella la celda con un sello
de cartón o plástico.
Dado que el contenedor de zinc es el cátodo, debe protegerse
con algún material aislante para ser aislado eléctricamente Por lo tanto, es
una práctica común para el fabricante encerrar las celdas en envases de cartón
y metal.
La celda seca (fig. 3-4) es básicamente la misma que la
celda voltaica simple (celda húmeda) descrita anteriormente, como en lo que
respecta a su acción química interna. La acción del agua y el cloruro de amonio
en la pasta, junto con los electrodos de zinc y carbono, produce el voltaje de
la celda. El dióxido de manganeso es agregado para reducir la polarización
cuando la corriente fluye y el cloruro de zinc reduce la acción local cuando la
celda está en uso.
Una celda que no se está utilizando (sentada en el estante)
se deteriorará gradualmente debido a los lentos cambios químicos internos (acción
local). Este deterioro suele ser muy lento si las celdas se almacenan
adecuadamente. Si las celdas no utilizadas se almacenan en un lugar fresco, su
vida útil se conservará en gran medida. Por lo tanto, para minimizar el deterioro,
deben almacenarse en espacios refrigerados.
El papel secante (separador de tablero recubierto de pasta)
tiene dos propósitos: (1) Impide que la pasta hacer contacto real con el
recipiente de zinc y (2) permite que el electrolito de la pasta se filtre hasta
el zinc lentamente. La celda está sellada en la parte superior para evitar que
el aire entre y seque el electrólito. Se debe tener cuidado para evitar romper
este sello
P16. ¿Qué sirve como el cátodo de una celda seca?
P17. ¿Por qué una celda seca se llama celda SECA?
P18. ¿Qué significa el término "vida útil"?
Celda de zinc de
óxido mercúrico
La celda de zinc de óxido mercúrico (celda de mercurio) es
una celda primaria que se desarrolló durante la Segunda Guerra Mundial. Dos
activos importantes de la célula de mercurio son su capacidad de producir
corriente durante un largo período de tiempo y una larga vida útil en
comparación con la celda seca que se muestra en la figura 3-4. La celda de
mercurio también tiene un voltaje de salida muy estable y es una fuente de
energía que se puede hacer en un tamaño físico pequeño.
Con el nacimiento del programa espacial y el desarrollo de
pequeños transceptores y equipos miniaturizados, se necesitaba una fuente de
energía de pequeño tamaño. Tal equipo requiere una celda pequeña que es capaz
de entregar la energía eléctrica máxima a un voltaje de descarga constante. La
celda de mercurio, que es una de las celdas más pequeñas, cumple con estos
requisitos.
Las celdas de mercurio actuales se fabrican en tres tipos
básicos, como se muestra en la figura 2-5. El tipo de ánodo enrollado, que se
muestra en la figura 3-5, vista A, tiene un ánodo compuesto de una tira de zinc
corrugado con un papel absorbente. El zinc se mezcla con mercurio, y el papel
se empapa en el electrolito que hace que se hinche y presione contra el zinc y
haga contacto positivo. Este proceso asegura que el electrolito haga contacto
con el ánodo.
Figura 3-5. - Celdas de mercurio.
En las celdas de polvo prensado, que se muestran en la figura 2-5 vistas B y C, el polvo de zinc para el ánodo es mezclado antes de presionarlo para darle forma. El absorbente que se muestra en la figura es papel empapado en electrólito. El espacio entre los contenedores interior y exterior proporciona paso a cualquier gas generado por un equilibrio químico inadecuado o impurezas presentes dentro de la célula.
Si el ánodo y el cátodo de una celda están conectados entre sí sin carga, existe una condición de CORTOCIRCUITO . Los cortocircuitos (cortos) pueden ser muy peligrosos. Causan calor, presión y flujo de corriente que puede causar serios daños a la celda o ser un peligro para la seguridad del personal.
ADVERTENCIA
No ponga en corto la celda de mercurio. Las celdas de mercurio en corto han explotado con fuerza considerable.
Otros tipos de celdas
Hay muchos tipos diferentes de células primarias. Debido a factores como el costo, el tamaño, la facilidad de reemplazo y necesidades de voltaje o corriente, se han desarrollado muchos tipos de celdas primarias. A continuación se ofrece una breve descripción de algunas de las células principales que se utilizan en la actualidad.
La celda de dióxido de manganeso-alcalino-zinc es similar a la celda de zinc-carbono, excepto por el electrolito utilizado. Este tipo de celda ofrece una mejor estabilidad de voltaje y una vida más larga que el tipo de zinc-carbono.También tiene una vida útil más larga y puede funcionar en un amplio rango de temperaturas.La celda de dióxido de manganeso alcalino-zinc tiene un voltaje de 1,5 voltios y está disponible en una amplia gama de tamaños. Esta celda es comúnmente conocida como celda alcalina.
La celda de dióxido de magnesio y manganeso utiliza magnesio como material de ánodo. Esto permite mayor capacidad de producción durante un período de tiempo prolongado en comparación con la celda de zinc-carbono. Esta celda produce un voltaje de aproximadamente 2 voltios. La desventaja de este tipo de células es la producción de hidrógeno durante su funcionamiento.
La celda de litio orgánico y la celda de litio inorgánico son desarrollos recientes de una nueva línea de células de alta energía. Las principales ventajas de este tipo de células son la muy alta potencia, el funcionamiento en una amplia rango de temperatura, son más livianos que la mayoría de las células y tienen una vida útil notablemente larga de hasta 20 años.
PRECAUCIÓN
Las pilas de litio contienen materiales tóxicos bajo presión. No pinchar, recargar, cortocircuitar, exponer a temperaturas excesivamente altas o incinerar. Utilizar estas baterías / celdas solo en equipos aprobados. No tire a la basura.
P19. ¿Por qué NO se debe poner en cortocircuito una celda de mercurio?
P20. ¿Qué factores se deben considerar al seleccionar una celda primaria para una fuente de energía?
CELDAS SECUNDARIAS HÚMEDAS
Las celdas secundarias a veces se conocen como células húmedas. Hay cuatro tipos básicos de celdas húmedas: ácido de plomo, níquel-cadmio, plata-zinc y plata-cadmio.
Celda de plomo-ácido
La celda de plomo-ácido es la celda secundaria más utilizada. La explicación anterior de la celda secundaria describe exactamente la manera en que la celda de plomo-ácido proporciona energía eléctrica. La descarga y la acción de carga presentada en acción electroquímica describe la celda de plomo-ácido.
Debe recordar que la celda de plomo-ácido tiene un ánodo de peróxido de plomo, un cátodo de plomo esponjoso y el electrolito es ácido sulfúrico y agua
Celda de níquel-cadmio
La celda de níquel-cadmio (NICAD) es muy superior a la celda de plomo-ácido. En comparación con las celdas plomo-ácido, estas celdas generalmente requieren menos mantenimiento a lo largo de su vida útil con respecto a la adición de electrolito o agua. La principal diferencia entre la celda de níquel-cadmio y la celda de plomo-ácido es el material utilizado en el cátodo, ánodo y electrolito. En la celda de níquel-cadmio, el cátodo es hidróxido de cadmio , el ánodo es hidróxido de níquel y el electrolito es hidróxido de potasio y agua.
Las células de níquel-cadmio y plomo-ácido tienen capacidades que son comparables en velocidades de descarga normal., pero a altas velocidades de descarga, la celda de níquel-cadmio puede entregar una mayor cantidad de energía.
Además, la celda de níquel-cadmio puede:
1. Ser cargada en menos tiempo,
2. Permanecer inactivo durante más tiempo en cualquier estado de carga y mantener una carga completa cuando se almacena durante un período más largo de tiempo y
3. Cargarse y descargarse tantas veces como desee sin que se produzcan daños apreciables.
Debido a sus capacidades superiores, las células de níquel-cadmio se utilizan ampliamente en muchas aplicaciones que requieren una celda con una alta tasa de descarga. Un buen ejemplo es la batería de almacenamiento de aviones.
Celdas de plata y zinc
La celda de plata y zinc se usa ampliamente para alimentar equipos de emergencia. Este tipo de celda es relativamente caro y se puede cargar y descargar menos veces que otros tipos de pilas. Cuando se compara con la celdas de plomo-ácido o níquel-cadmio, estas desventajas se ven sobreseídas por el peso ligero, el tamaño pequeño,y buena capacidad eléctrica de la celda de plata-zinc.
La celda de plata-zinc utiliza el mismo electrolito que la celda de níquel-cadmio (hidróxido de potasio y agua), pero el ánodo y el cátodo difieren de la celda de níquel-cadmio. El ánodo está compuesto de óxido de plata y el cátodo está hecho de zinc.
Celda de plata-cadmio
La celda de plata-cadmio es un desarrollo bastante reciente para su uso en baterías de almacenamiento. La celda de platacadmio combina algunas de las mejores características de las celdas de níquel-cadmio y plata-zinc. Tiene más del doble de la vida útil de la celda de plata-zinc y se puede recargar muchas más veces. Las desventajas de la celda de plata-cadmio son el alto costo y la producción de bajo voltaje.
El electrolito de la celda de plata-cadmio es hidróxido de potasio y agua como en las celdas de níquel-cadmio y plata-zinc. El ánodo es óxido de plata como en la celda de plata-zinc y el cátodo es hidróxido de cadmio como en la celda nicad. Puede notar que se utilizan diferentes combinaciones de materiales para formar el electrolito, cátodo y ánodo de diferentes celdas. Estas combinaciones proporcionan a las celdas diferentes calidades para muchas aplicaciones variadas.
P21. ¿Cuáles son los cuatro tipos básicos de células secundarias (húmedas)?
P22. ¿Cuáles son las ventajas de una celda nicad sobre una celda de plomo-ácido?
P23. ¿Qué tipo de celda se usa más comúnmente para los sistemas de emergencia?
P24. ¿Qué tres celdas usan el mismo electrolito?.
