Funcionamiento y comportamiento de pilas comerciales

1. PILAS COMERCIALES
1. Pila de Mercurio
2. Pila ion litio
3. Batería de plomo ácido
4. Pila de Níquel Hidruro Metálico

2. ELEMENTOS
El cátodo se encuentra formado por óxido mercúrico (HgO) y el ánodo por zinc metálico o una
amalgama de zinc con mercurio. El electrolito que se usa es una solución concentrada de
hidróxido de potasio de entre 30% y 45 p/p de KOH. También se puede emplear hidróxido de
sodio, sin embargo, el empleo de hidróxido de potasio presenta mayor estabilidad a
temperaturas más bajas esto debido a que su punto de congelación está alrededor de -60ºC.
1. Pila de Mercurio
REACCIONES

3. FUNCIONAMIENTO
● El electrolito no es afectado en la descarga, entonces la batería puede funcionar
con un volumen pequeño de este electrolito llegando a la construcción de pilas pequeñas
● La oxidación es del zinc en medio básico formando óxido de zinc y la reacción de reducción es
el óxido de mercurio.
● El óxido de mercurio no es conductor, y por ello se agrega grafito. Además, este grafito ayuda a
prevenir la aglomeración de mercurio líquido formado.
● Se suelen agregar otros aditivos como dióxido de manganeso para prevenir dicha
aglomeración.
VENTAJAS - DESVENTAJAS - USOS
● Entre sus ventajas destacan que mantiene su voltaje constante de 1.34 V en todo su ciclo de
descarga por ello el voltaje de esta pila se usa como patrón con el cual se ajustan instrumentos de
medida.
● Esta batería presenta una densidad de energía elevada y sus construcciones son en reducidos
tamaños (12 a 25 mm de diámetro y de altura alrededor de 25 mm), siendo su configuración más
común la de botón, que le permite tener aplicaciones en aparatos para sordos, marcapasos, relojes,
etc.

4. 2. Pila de ion litio
ELEMENTOS
REACCIONES
El cátodo empleado en la batería de ion litio es un óxido de metal de litio como por ejemplo el óxido de cobalto y
litio el LiCoO2, y como ánodo se emplea el grafito que es un electrodo inerte que sirve como almacenamiento de
iones litio.
El electrolito suele ser una sal litio de un disolvente orgánico como por ejemplo: hexafluorofosfato de litio +
carbonato de etileno. También se emplea un separador que generalmente es un polímero poroso.

5. FUNCIONAMIENTO
VENTAJAS Y DESVENTAJAS
En la etapa de carga, es decir, cuando se aplica una
fuente externa y las reacciones presentadas
anteriormente van de derecha a izquierda, se tiene que
los electrones se retiran del óxido de , pasan por el
conductor metálico y llegan hasta la estructura del
grafito. Entonces los iones litio , generados por la
oxidación del , son atraídos hasta estos electrones
llegando al grafito donde se introducen entre las capas
de este material produciendo un compuesto de
intercalación de grafito: . En cambio, en la etapa de
descarga, los iones litio fluyen de regreso desde el
grafito al óxido de cobalto y litio a través del electrolito.
Los electrones también fluyen desde el ánodo al cátodo,
pero a través del conductor eléctrico
El voltaje de la pila es alto (3.6 y 3.7 V).
Alta densidad energética.
USOS
Se usan en celulares, relojes y como
fuente de energía para autos eléctricos

6. 3. Batería de plomo ácido
ELEMENTOS
REACCIONES
En la batería de plomo se encuentra constituida por un cátodo de óxido de plomo (PbO2) y
un ánodo de Pb. El electrolito se encuentra formado por una solución acuosa de ácido
sulfúrico entre 35 y 40% en peso. Una batería comercial se encuentra formada por varias
celdas donde en cada celda están alternados estos electrodos. Existe una membrana
permeable que actúa aislante eléctrico entre los electrodos e impide el cortocircuito

7. FUNCIONAMIENTO
VENTAJAS - DESVENTAJAS - USOS
Durante la descarga de esta batería, es decir, cuando las reacciones anteriormente mostradas
van de izquierda a derecha, el óxido de plomo (IV) es reducido a sulfato de plomo (II). En
simultáneo el ánodo de plomo es oxidado para obtener también sulfato de plomo (II). Ya que
estas reacciones son reversibles, los reactivos se pueden regenerar a partir del sulfato de
plomo. Es decir, que es necesario que todo el sulfato de plomo obtenido en la descarga de la
batería siga adherido en los electrodos, sin embargo, cuando ocurren descargas avanzadas o
totales de las baterías, estas han formado tanto sulfato de plomo en los electrodos que hay
mala adherencia y se desprenden hacia el fondo de la celdo ocasionando así que la vida útil
de la celda se acorte.
Cada celda de la batería de plomo ácido aporta un voltaje de 2.12V, siendo necesaria su
conexión en serie para un mayor contenido de energía almacenada. A esta batería también se
le llama una batería de fuerza, porque suministra bastante energía en poco tiempo, además de
ser baterías que contienen una enorme cantidad de energía. Esto último permite su aplicación
en los sistemas de arranque de motor, como en el caso de los automóviles, ya que se
necesitan cientos de amperios en pocos segundos

8. 4. Pila de níquel hidruro metálico
ELEMENTOS
REACCIONES
cátodo al oxihidróxido de níquel, NiOOH, y como ánodo al hidruro metálico MH, donde el
metal M de este hidruro en realidad es una aleación metálica y se clasifican en dos grupos:
las aleaciones de tierras raras basadas en níquel como el caso del lantano níquel (LaNi5)
también conocida como la clase AB5, y el segundo grupo constituido en aleaciones de
titanio y circonio, conocidas como la clase AB2. En ambas aleaciones se tiene un metal A
diferente al níquel que tiene alta afinidad para absorber al hidrógeno y cualquiera de estos
metales A o B se puede reemplazar por otros metales como por ejemplo: La0.9Ce0.1 Ni5.

9. FUNCIONAMIENTO
VENTAJAS Y DESVENTAJAS
En la oxidación, los átomos de hidrógeno pierden electrones formando iones hidrógeno resultantes
que reaccionan con los iones hidroxilo formando agua. Y en la reducción, el agua libera un ion
hidrógeno que es absorbido por el cátodo dando el hidróxido de níquel. La doble flecha que se
muestra en ambas semirreacciones señala el comportamiento reversible de esta reacción
electroquímica, y que así como ocurre la descarga (proceso espontáneo) también se puede inducir
corriente mediante una fuente para restablecer los reactivos iniciales.
Entre las ventajas de esta batería, respecto a la de níquel cadmio,
destaca su mayor energía específica siendo esta 50% más de
energía al mismo peso, y también que es una batería más amigable
con el medio ambiente ya que no tiene cadmio. Otra ventaja es su
flexibilidad de tamaños de celda desde 0.3 a 250 Ah de energía
almacenada y sus diferentes construcciones presentándose en forma
de botón, celdas cilíndricas y prismáticas. Entre su desventaja está
que brinda un voltaje bajo de 1.3V.
Sus principales usos radican en
baterías recargables para sistemas
electrónicos porque sus
electrodos son fáciles de soldar. Se
encuentran también en relojes y
celulares.
USOS

10. Datos y resultados

11. Datos y resultados

12. De la tabla 2 observamos que el ciclo de vida (horas) de ión litio es mayor (1200 horas) comparado con
el ciclo de vida de la batería plomo-ácido (400 horas) y la batería níquel-hidruro metálico (600 horas),
esto es debido a que la densidad energética de la batería ión litio es mayor (100 Wh/kg), comparado con
la batería de níquel hidruro metálico (80 Wh/kg) y la batería de plomo ácido (30 Wh/kg).
De la tabla 2 notamos que la energía específica de ión litio es superior (100 Wh/kg) a la energía
específica de la batería de plomo ácido (33 Wh/kg) y de la batería de níquel hidruro metálico (70 Wh/kg),
esto es debido a que el litio tiene una mayor tendencia a la oxidación (potencial de reducción estándar = -
3.045 V) provocando una mayor diferencia de potencial entre los electrodos y además este material es
liviano lo que sustenta su mayor cantidad de energía por unidad de masa.
De la tabla 2 se observa que la batería de plomo ácido tiene mayor tiempo de recarga (8 a 17 Hr) a
comparación de las otras baterías, esto es posible por la reacción dentro de la batería que se forma sulfato
de plomo que va endureciendo y formando cristales en las placas, estos cristales interfieren al paso de
electrones porque deforman o agrietan los electrodos (a este proceso se le llama sulfatación) y aumenta el
tiempo de recarga de la batería.
Discusiones de resultados

13. Conclusiones
● De acuerdo a los criterios de densidad específica y potencia
específica, la pila de ion litio es la que mejores valores ofrece.
● La energía específica del ion litio es superior a las baterías trabajadas.
● La sulfatación es la causa principal del aumento del tiempo de recarga